автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТИРОВАННОЙ РЫБНОЙ МУКИ ДЛЯ СТАРТОВЫХ КОРМОВ РЫБ

На правах рукописи

СЕРГИЕНКО ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТИРОВАННОЙ РЫБНОЙ МУКИ ДЛЯ СТАРТОВЫХ КОРМОВ РЫБ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена во ФГУТТ «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» ВНИРО, Москва.

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Боева Нэля Петровна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мукатова Марфуга Дюсембаевна

доктор технических наук, с.н.с. Ярочкик Альберт Павлович

Ведущая организация:

ФГУП Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (АтлантНИРО)

Защита состоится 30 ноября 2006 г.вП часов на заседании диссертационного Совета Д 307.004.03 при ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (ВНИРО) по адресу: 107140, г. Москва, ул. Верхняя Красносельская, 17. Факс (495)-264-91-87.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИРО.

Автореферат разослан «<??-&> октября 2006г

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 307.004.03,

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Решение задачи по увеличению объёмов товарного выращивания ценных видов рыб (лососевых, осетровых) путем их культивирования определено Концепцией развития рыбного хозяйства Российской Федерации на период до 2020 года. Для выполнения поставленной задачи необходимо создание полноценных стартовых кормов для ценных видов культивируемых рыб на основе высококачественной кормовой рыбной муки с функционально-заданными свойствами.

Национальным проектом «Ускоренное развитие аквакультуры» планируется получение к 2010 году до 300 тыс. тонн продукции аквакультуры. В том числе 40 тыс. тонн - товарной рыбы в индустриальной аквакультуре. С учётом прогнозируемых объёмов товарной рыбы, потребность в комбикормах составит к 2010 году не менее 250 тыс. тонн, в том числе порядка 50-55 тыс. тонн комбикормов, содержащих (до 45%) высококачественной рыбной муки, что потребует выпуска в год около 40-45 тыс. тонн рыбной муки.

В настоящее время отмечается значительный недостаток высококачественных отечественных стартовых кормов, вызванный отсутствием производства кормовой муки с функционально-заданными свойствами, что тормозит развитие интенсивного воспроизводства ценных видов рыб. Комбикорма для молоди ценных видов рыб (лососевых, осетровых) преимущественно закупаются за рубежом (Дания, Финляндия, Германия, Голландия); объём закупок кормов составляет около 12-15 тыс. тонн в год, при этом поступающие на российский рынок импортные корма по своему качеству не всегда соответствуют требованиям, предъявляемым к ним.

Первые попытки кормления молоди рыб комбикормом на основе рыбной муки, изготовленной по традиционной технологии, были неудовлетворительны (Appelbaum S., 1973), что объясняется незавершённостью формирования пищеварительной системы молоди рыб в возрасте 25-30 суток и низкой активностью протеаз кишечника, поэтому рыбоводами были разработаны определённые рекомендации к составу азотсодержащих веществ в муке дня стартовых кормов (Пономарёв С.В., 2003). В стартовые корма Шя молоди ррб.^йлудОж^которых

1 имени К.А. Тимирязева ' 1 ЦНБ имени Н И. Железно*«

I ГЖ^Шг

сформирован не полностью, необходимо введение ««структурированного белка, содержащего полипептиды с молекулярной массой от 1000 до 1500 Да.

Перспективным направлением в создании высокоэффективных стартовых кормов является процесс ферментации высокобелковых компонентов, известный в рыбной отрасли как процесс низкотемпературный и энергосберегающий, улучшающий качество кормов.

Исследованиям в области получения ферментированных гидролизатов из рыбных объектов посвящены работы Шецдерюка В.iL, Лысовой A.C. Черно-горцева А.ГС, Разумовской Р.Г„ Боевой Н.П., Ярочкина А.П., Berge G.M. и других исследователей, в которых были рассмотрены вопросы отработки режимов ферментации рыбного сырья, применения ферментных препаратов для производства кормовых белковых гидролиэатоа из рыбы, однако данное направление до сих пор широкого распространения не получило за счйт сложности управления процессом ферментации и получения продукта с большим содержанием свободных аминокислот, что может привести к ингибированию развития у рыб собственных протеолитических ферментов.

В этой связи актуальным является разработка и внедрение регулируемой технологии ферментированной рыбной муки, позволяющей повысить перева-риваемость, биологическую ценность и усвояемость стартовых кормов ценных видов рыб, увеличить среднесуточный прирост молоди рыб, а также снизить их смертность.

Цель и задачи работы*

Целью исследований является обоснование и разработка технологии ферментированной рыбной муки (ФРМ) для стартовых кормов ценных видов рыб. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• изучить химический состав, показатели качества, безопасности и биологическую ценность сырья, направляемого на производство ФРМ, осуществить его выбор в соответствии с целевым направлением;

• обосновать выбор ферментного препарата для производства ферментированной муки;

- исследовать и установить рациональные режимы ферментации рыбного жома;

• обосновать рациональную температуру варки рыбного сырья, способ и технологические параметры процесса сушки ферментированного рыбного жома;

- изучить кормовую и биологическую ценность, показатели качества н безопасности ФРМ;

- исследовать изменения показателей состава и качества липидов ФРМ в процессе хранения;

• апробировать разработанную технологию в производственных условиях и провести биологические испытания полученной ФРМ на молоди рыб;

- разработать нормативную документацию иа ФРМ для молоди рыб и оценить экономическую эффективность разработанной технологии.

Научная новизна работы.

Для частичного гидролиза белка рыбного жома, с целью повышения содержания полипептидов с молекулярной массой 1000-1500 Да (до 30%) в ферментированной рыбной муке, установлена возможность использования прото-субтшшна Г20Х.

Научно обоснованы и разработаны рациональные режимы ферментации рыбного жома и выявлена зависимость степени гидролиза от массовой доли вносимого фермента и продолжительности процесса.

Изучена зависимость выхода и фракционного состава азотистых веществ рыбкой муки и подпрессового бульона от температуры варки рыбного сырья.

Установлены рациональные режимы варки я сушки ферментированного жома, повышающие показатели качества, кормовой и биологической ценности.

Обоснована целесообразность проведения двухстадийного способа сушки ферментированного рыбного жома. При этом установлена зависимость скорости сушки от толщины слоя продукта, платности теплового потока, наличия вакуума, а также качества готового продукта от способа сушки.

Новизна технического решения подтверждена патентом № 2266691 «Способ получения рыбной кормовой муки». Практическая значимость работы.

Разработана технология ферментированной рыбной муки, используемой как компонент стартовых кормов для молоди ценных видов рыб, позволяющей решить проблему их воспроизводства, с качественным составом азотсодержа-

щих и жиросодержащих веществ, высокой биологической и кормовой ценностью.

Внесение 10% ферментированной муки в состав корма для молоди рыб позволяет повысить среднесуточный прирост и выживаемость личинок на 4%, по сравнению с контрольным образцом (корм без ФРМ), Одновременно снижаются затраты корма на единицу товарной продукции на 20%. Разработан и утверждён пакет технических документов:

- ТУ 9282-023-00472124-05 «Мука рыбная ферментированная дм стартовых кормов»;

- ТИ К ТУ 9282-023-00472124-05 «Мука рыбная ферментированная для стартовых кормов»;

- исходные требования на опытный образец твёрдофазного ферментатора для производства кормовой рыбной муки.

Разработанная технология ферментированной кормовой рыбной муки апробирована в производственных условиях в корпусе экспериментальных технологий ФГУП ВНИРО.

Основные положения, выносимые на защиту:

• выбор сырья, направляемого для производства ФРМ;

• рациональные технологические параметры варки рыбного сырья;

• обоснование выбора ферментного препарата и его массовой доли;

• рациональные режимы процесса ферментации рыбного жома;

• обоснование двухстади йности процесса сушки ферме нтированного рыб-

ного жома;

• кормовая и биологическая ценность ферментированной рыбной муки, по-

лученной по рациональным режимам основных процессов. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на V Международной научно-практической конференции "Производство рыбных продуктов: проблемы, новые технологии, качество" Калининград, 2004; научно-практической конференции «О приоритетных задачах рыбохозяйственной науки в развитии рыбной отрасли России до 2020 года», Москва 2004; международной конференции, посвященной 75-летию со дня образования АГТУ, Астрахань 2005; научно-практической конференций «Пище-

вая к морская биотехнология: проблемы и перспективы», Калининград 2006, на заседаниях технологической секции Учёного совета ФГУП «ВНИРО».

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 15 печатных работах, в том числе в 1 патенте РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, включающих обзор литературы, методы исследования, экспериментальную часть, расчёт экономической эффективности внедрения разработанной технологии, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 161 странице, содержит $1 таблицу И 16 рисунков. Список литературы включает 1S5 наименований, в том числе 38 иностранных авторов. Содержит 8 приложений на 50 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. Обоснована актуальность темы исследований, приведены этапы развития ферментативной технологии в кормопроизводстве; определены цели и задачи исследований, сформулированы научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе «Анализ научных и технических аспектов технологии производства ферментированной муки для стартовых кормов» проведён анализ сырья, используемого для производства кормовой рыбной муки по регионам, его биологической и кортовой ценности. Рассмотрены виды ферментов, применяемых в рыбной отрасли, способы получения гидролиэатое и их целевое назначение. Рассмотрен широкий спектр современного сушильного оборудования, используемого для сушки пищевых и кормовых продуктов.

Во второй главе «Объекты и методы исследования» представлена схема программно-целевой модели исследований (рис. I), иллюстрирующая взаимосвязь основных этапов работы.

Объектами исследования были: мороженые килька балтийская и каспийская весеннего лова, хамса весеннего лова, путассу, отходы от разделки кеты И щуки, а также, рыбный ««ферментированный и ферментированный жом (плотная часть, образуемая при обезвоживании разваренной рыбной массы прессованием, центрифугированием), рыбная мука, полученная прессово-сушильным способом, ферментированная рыбная мука.

S

Анализ н обобщение научво-тещнческой информация

Кормовая и биологи» ческа« ценность рыбного сырья

Основные рекомендации рыбоаодо* к фер-ыентирояеииов муке

Т

Ееякоик гидролиза-1ы: способы получения н прндожнн*

С пособи сушки гшцкмкип»

Разработка и обоснование технологии ферментированной рыбной кормовой муки

Обоснование выбора сырья дм производства муки

Выбор фермента, обоснование н отработка режимов ферментации

Отработка режимов варки рыбного сырья

Экс пер н ментальные исследования

I

Отработка режимов сушки ферментированного жома

Проверка новой технологии в производственных условиях

X

Исследование ферментированной рыбной муки

Рис. 1. Схема программно-целевой модели исследований

Отбор средних проб для физико-химических исследований рыбного сырья и полученных продуктов, подготовку их к анализам осуществляли в соответствии с ГОСТ 7631-85.

Методы исследования. Общий химический состав образцов сырья, жома, ферментированной массы и кормовой муки определяли в соответствии с ГОСТ 7636-85.

Определение содержания небелкового азота и азота аминокислот в водных растворах образцов осуществляли осаждением белков и пептидов трихло-руксусной и фосфорно-молибденовой кислотами. После отделения жидкой фракции от плотной навеску жидкой фракции подвергали минерализации. Содержание азота определяли на автоматического анализатора Kjeltec-ШЗО. Содержание белкового азота определяли по разности между содержанием общего и небелкового азотов; содержание полипептидного азота - по разности между содержанием небелкового и аминокислотного азотов.

Аминокислотный состав белков определяли на автоматическом аминокислотном анализаторе «Hitachi» CLA-5; подготовку образцов для анализа проводили по методу Мура и Штейна (1954).

Переварнваемость муки определяли на модельных образцах с воздействием фермента пепсина (Инструкция по проведению анализа кормовых продуктов, вырабатываемых рыбной промышленностью: ВНИВД.- М.-1970).

Молекулярный состав азотистых веществ образцов ферментированного рыбного жома (ФРЖ) определяли методом фракционирования на гель-хромотографе с применением колонок, заполненных сефадексом G-25 (10005000 Да) и «ТоуореагЬ HW-40 (100-10000 Да).

Выделение липидов из сырья и муки осуществляли модифицированным методом Блайя-Дайера. Содержание липидов, кислотное и перекисное числа определяли по ГОСТ 7635-85. Содержание оксикислот оценивали методом омьшекия спиртовым раствором едкого калия и экстракцией петролейным эфиром выделенных жирных кислот.

Жирнокислотный состав липидов определяли путём разделения смеси метиловых эфнров жирных кислот на газовом хроматографе SHIMADZU GC-9А. Метиловые эфиры жирных кислот получали в результате переэтерифика-ции липидов в присутствии абсолютного метанола и хлористого ацетила. Относительное содержание жирных кислот рассчитывали триангуляционным методом по соотношению площадей пиков подученных хроматограмм.

Содержание тяжёлых металлов определяли методом атомной абсорбции на атомио-абсорбционном спектрофотометре АА 7601 (Shimadzu): кадмий по ГОСТ 26933-86, свинец по ГОСТ 26932-86, мышьяк - ГОСТ 26930-86, ртуть по

7

ГОСТ 26927-86. Содержание хлорорганическнх пестицидов определяли методом газохроматографии на газовом хроматографе Shimadzu GC-9A: ГХЦГ -МР23-03/12-402, пЛ; ДДТ и метаболиты-МЗ СССР 11.07.90.

Содержания пестицидов устанавливали по ГОСТ 13496,20 «Комбикорма. Комбикормовое сырьё. Метод определения остаточных количеств пестицидов» и «Методы определения микроколичеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде» (1983).

Выбор оптимальных условий процессов, необходимых для получения муки, проводили путем построения соответствующих математических моделей с последующим их анализом (Ахназарова СЛ., Кафаров В.В., 1985).

Для статистической обработки экспериментальных данных и построения графических зависимостей использовали стандартные программы Windows 2000, Excel 2000.

В третьей главе «Научное обоснование -технологии получения ферментированной рыбной кормовой муки для стартовых кормов» представлены результаты исследований по обоснованию перспективности рыбного сырья для производства кормовой муки с заданными функциональными свойствами и её использования в качестве компонента стартовых кормов.

В соответствии с рекомендациями специалистов по рыбоводству к качеству кормов (Пономарёв C.B., 2003), сырь? для производства ферментированной муки должно быть белковое (содержание белка 13-16%) или высокобелковое (содержание белка более 16%), по количеству липидов: тощее (содержание жира 2-6%) или среднежирное (6-15%) (по Леванидову И.П.).

Из данных таблицы 1 следует что, кильку каспийскую н балтийскую, путассу можно отнести к высокобелковому сырью, хамсу к белковому, а отходы от разделки кеты и щуки к сырью с пониженным содержанием белка.

Таблица t

Общий химический состав сырья лля производства кормовой ыухи_

Сырье Содержание, %

Белок Вода Жнр Зона

Килька каспийская 17,5*0,5 73,1 ±3.6 7,8*0,1 3.7*0,3

Хамса 14,4*0,8 73,2*2,7 10,2*0,4 2,6*0,3

Килька балтийская 16,3*0,9 71,2*2,8 7,5*0,3 3,6*0,1

Путассу 18,6±1,0 76,1 ±3.6 2,9*0,3 2,4±0,2

Отходы от разделка геты 12,7*0,5 68,3*2,7 6,0*0.2 10,5*0,5

Отходы от разделки муки 12,<¡±0,4 69.8*2,9 5,6±0.1 10,9*0,5

S

По количеству липидов кильку каспийскую, балтийскую и хамсу можно отнести к среднежирному сырью, а путассу и отходы от переработки кеты и щуки - к тощему.

Содержание белка в муке (табл. 2), полученной прессово-су шильным способом из отходов разделки кеты и щуки, относительно низкое и не соответствует рекомендациям специалистов ко рыбоводству и требованиям ГОСТ 2116, а содержание белка в муке, полученной нз кильки каспийской, балтийской, хамсы и путассу, значительно превышает требования ГОСТ на 12,316,1%. Следовательно, отходы от разделки рыб не могут быть рекомендованы для использования в производстве кормовой муки для рыбоводства.

Таблица2

Химический состав кормовой муки из разных видов сырья_

Кормовая мука нз Содержание, %

Белок Вола Жир Зола

Балтийской кильки б4.2±2,б 10,2*0,3 11,1*0,2 8,8*0,4

Хамсы 62,3*1,8 10.3*0,7 11,9*0,8 7,6*0,6

Каспийской кильки 65,1*1,8 9,4*0,4 10,4*0,1 9,9*0,3

Путассу 66.1*1,9 10,5*0,2 9,1*0,3 6,5*0,4

Отходов от разделки кеты 49,1 ±2,5 10,8*0,7 8,8*0,4 24,5*0,2

Отходов от разделки щуки 48,2*2,1 10,9*0,6 8,2*0,3 26,9*0,6

Анализ данных аминокислотного состава белков сырья (кильки каспийской, балтийской, хамсы и путассу) показывает, что они полноценны, содержат все незаменимые аминокислоты (32-36% от общего количества), их аминокислотный скор находится в пределах 100%.

Исследования жирнокислотного состава показали, что лнпиды кильки каспийской, балтийской, хамсы и путассу характер нзуются повышенным содержанием полиненасыщенных жирных кислот 35,1 • 44,9 (% от суммы кислот); отмечается высокое суммарное содержание эссенцнальных жирных кислот: линодевой, линоленовой и арахидоновой 6,6 - 12,3; содержание эйхэза-пентаеновой кислоты колеблется 7,2-11,9, докозагексаеновой - 10,5 -17,1.

Исследования проведённые нами по показателям безопасности позволили установить, что все использованные виды рыб соответствуют требованиям Сан-ПиН 2.3.2.1078-01.

в

На основании проведённых исследований по изучению кормовой и биологической ценности рыбного сырья установлено, что благодаря высокому содержанию белка (в среднем 16,7%), характеризующегося полноценным аминокислотным составом, повышенному содержанию полиненасыщенных и эссен-циальных жирных кислот в лнлндах кильки балтийской, каспийской, хамсы и путассу, они могут быть рекомендованы как перспективное сырьё для производства ферментированной муки для стартовых кормов рыб.

Влияние температуры варки рыбного сырья (килька каспийская) на содержание белка и выход кормовой муки показано в таблице 3. Варку сырья осуществляли на опытном образце вертикального взрильника ТСВ-О-ЗЙ, с продолжительностью процесса 5-7 минут.

Таблица 3

Химический состав муки, полученной при различных температурах варки рыбного сырья и её выход

Температура варки,°С Содержание, "Л Выход, % от сырья

воды белка жира ЭОЛЫ

65*3,0 9,8*1,4 63,2*3,4 8,9*0,7 16,3*1.5

75*3,0 10,2*1,7 64,2*3,8 &,1*0,9 6,1 ±0,4 17,3*1,0

85*3.0 10.1*1,6 62,7*3,3 8,7*0,8 16,4*1,4

Из данных таблицы 3 видно, что выход кормовой рыбной муки, полученной при температуре варки 75°С, выше на 1,4-1,5%, а содержание белка в ней на 1-1,5%, по сравнению с кормовой мукой, полученной при температурах 65 и 85°С. Это, по-видимому, объясняется тем, что температура 65°С в рыбной массе является недостаточной для полного проваривания частиц, сгустки крови, что способствует недостаточной коагуляции белка и при дальнейшем прессовании разваренной массы нескоагулированяый белок частично переходит в бульон, за счёт чего снижается его содержание и выход кормовой муки. При температуре 85°С больше вероятности образования беяхово-липидных комплексов, за счёт деструкции белка, образования большого количества небелкового азота, который при прессовании переходит в подпрессовый бульон.

Установлена зависимость фракционного состава азотистых веществ рыбной муки от температуры варки сырья. При повышении температуры процесса с 65 до 85°С содержание небелкового азота в муке увеличивается на 6,2%.

ю

Рациональной температурой варки рыбного сырья является температура 75'С. При этой температуре достигается наибольший выход кормовой муки (17,8%); содержание белка в ней на 1-1,5% выше, чем в муке, полученной при температурах 65 и 85°С. Рациональными параметрами варки рыбного сырья являются: температура 75°С, против 90-95°С и продолжительность 5-7 минут против 10-15 минут по традиционной технологии.

По рекомендациям рыбоводов к составу азотистых веществ муки для стартовых кормов рыб, содержание полипептидного азота должно составлять 70% от небелкового, причём содержание полипептидов с молекулярной массой 1000-1500 Да должно составлять 25-40% от небелкового азота, что достигается при степени гидролиза 15-25% (Пономарёв C.B., 2003). В связи с этим требовалась отработка рациональных режимов ферментации рыбной массы.

Для проведения экспериментов по выбору эффективного фермента и обоснования режимов процесса ферментации использованы следующие ферменты: коллагеназа, протосубтилин ГЗХ, протосубтилин Г20Х. К разваренной рыбной массе добавляли растворы ферментов, приготовленные в подпрессовом бульоне. Массовая доля сухих ферментов составляла 0,005; 0,01; 0,025; 0,05; 0,1; 0,25% к массе жома. Температура ферментации составила 45°С, что соответствует оптимальной температуре протеолитического действия фермента.

Отмечено, что наиболее эффективно действующими ферментами при производстве рыбной муки для стартовых кормов является коллагеназа и протосубтилин Г20Х. Эта объясняется тем, что для получения ферменте ли iaxa с содержанием полипептидов около 70% затрачивается в 5 раз меньше коллаге-назы, что можно объяснить ей двойной ферментативной активностью (протео-лнтн ческой н коллагенолитнческой), в 2 раза меньше протосубтилина Г20Х, чем при использовании протосубтилина ГЗХ. Однако, нз-эа высокой стоимости коллагеназы использование её является нерентабельным, поэтому для производства ферментированной муки был выбран протеолитический фермент протосубтилин Г20Х.

Изучено влияние массовой доли протосубтилина Г20Х и продолжительности ферментации на фракционный состав азотистых веществ ферментированного рыбного жома (табл. 4).

U

Таблииа 4

Данные фракционного состава азотистых веществ ФРЖ в зависимости от массовой доля _протосубтилина Г20Х и продолжительности ферментации_

Азот Продолжительность фермен-толиза, мин Массовая доля фермента. %

0,005 0,01 0,025 0,05 0,1 0,25

общий 15 3,12/100 3,02/100 2,73/100 3,11/100 3,14/100 3,08/100

30 3,2 Ш00 2,82/100 2,88/100 2,76/100 2,99/100 3,16/100

45 3,20/100 2,94/100 3,24/100 2,81/100 2,93/100 3,00/100

белхо-вый 15 2,21/71.3 2,11/70,1 1,88/67,9 2,11/633 2,07/59,9 1,97/55,1

10 2,13/70,4 1,97/69,2 1,99/66,1 1,84/61,7 1,97/57,9 1,99/53,2

45 2,06/66,4 1,91/65,3 2,13/64,3 1,71/58,2 1,87/55,7 1,89/50,1

небелковый 15 0,90/28,7 0,91/29,9 0,85/32,1 0,99/36,7 1,07/40,1 1,11/44,9

30 1,08/29,6 0,85/30,8 0,89/33,9 0,92/38,3 1,02/42,1 1,17/46,8

45 1,14/33,6 1,03/34,7 1,10/35,7 1,09/41,8 1,05/44.3 1,11/49,9

15 0,53/58,1 0,57/63Д 0,58/68,1 0,40/45,2 0,43/42,7 0,49/40,4

тшшый 30 0,59/54,4 0,57/68,4 0,53/60,5 0,41/44,7 0.44/41,7 0,53/39,6

45 0,58/51,2 0гй7/66,7 0,66/59,4 0,49/43,8 0,46/40,1 0,52/38,8

аминокислот 15 0,37/41,9 0,34/36,8 0,27/31,9 0,59/54,8 0,64/57,3 0,62/59,6

30 0,49/45,6 0,27/31,6 0,36/39,5 0,51/55,3 0,58/58,3 0,61/60,4

45 0,56/488 0,33/33,3 0,43/40,6 0.60/56,2 0,59/59,9 0,59/61,2

Примечание: в числителе данные по содержанию азота в мг/%; в знаменателе • данные в % от общего и небелкового азота.

Установлено, что при увеличении массовой доли фермента с 0,005 до 0,25% и продолжительности процесса с 15 до 45 минут повышается содержание небелкового азота в муке в среднем с 28,7 до 49,9% от количества общего азота и азота аминокислот с 41,9 до 61,2% от количества небелкового, одновременно снижается содержание белкового и полипептидного азотов.

Установлены рациональные режимы процесса ферментации рыбного жома с использованием протосубтилина Г20Х: массовая доля фермента 0,01% от массы жома и продолжительность 30 минут; массовая доля фермента 0,025% и продолжительность 15 минут, которые показали возможность получения продукта с содержанием полипептидного азота 70% от количества небелковой форты.

Рациональные режимы ферментации рыбного жома протосубтилином Г20Х, отмеченные точками А и Б на рисунке 2, были подтверждены степенью гидролиза. Степень гидролиза рыбной массы при рациональных режимах ферментации составляла 19 и 21%, что соответствует рекомендациям рыбоводов к ферментированному продукту (15-25%).

Для подтверждения рационального режима процесса ферментации разваренной рыбной массы в полученных образцах ферментированного жома определяли фракционный состав полипептидов (рис. 3).

При рациональных условиях ферментации содержание полипептндов с молекулярной массой 1000-1500 Да в ферментированном рыбном жоме является наибольшим (29,5% от небелкового) и входит в требуемый интервал, который предъявляют рыбоводы к ферментированной муке для кормления молоди рыб (25-40%).

^чвченяе и иж течений

0.01 VI

Массой дом фериенп, %

Рис. 2. Зависимость степени гидролиза* Рис. 3. Процентное соотношение азотистых ферментированного жома <г-45"С) от мае- веществ ферментированного жома с различной совой доли фермента при продолжительно- молекулярное массой.

стн процесса: и и 30 мин СЛ - свободные аминокислоты с ММ менее

* - степень гидролиза - отношение аыннио- 200 Да; П1 - олигопешвды с ММ 200-1000 Да; го азота к небелковому П2 - полипептиды с ММ 1000-1500 Да; Ш •

полипептиды с ММ 1500-5000 Да; НМБ - низ-гомолеиулярный белок с ММ более 5000 Да

Ферментированный рыбный жом (ФРЖ) является вязким трудно высушиваемым продуктом. В связи с этим при одностадийном способе сушки наблюдается локальное или поверхностное, в зависимости от варьируемых параметров, подгорание продукта, поэтому нами было предложено сушку ФРЖ вести в 2 стадии: предварительную подсушку и окончательную сушку.

Продолжительность процесса предварительной подсушки (1 этап) устанавливали по достижению содержания воды в продукте 55-60%. Установлено, что дальнейшее снижение влажности ФРЖ может приводит к локальному подгоранию продукта. Продолжительность окончательной сушки (2 этап) устанав-

ливаяи по остаточному содержанию воды в продукте, которая должна быть в пределах от 10 до 12% по ГОСТ 2116-2000.

При использовании методов математического планирования экспериментов получены математические модели процесса вакуумной подсушки ферментированного рыбного жома на лабораторной установке (температура сушки (Т) 75-80°С) (рис. 4).

Эксперименты проводились по многоуровневому многофакторному плану. Анализ и обработка экспериментальных данных позволили получить аппроксимирующие зависимости для удельного съема сухого продукта.

Границы варьирования факторов Е=2,1-3,2; Ь=0,002-0,004; Р=4-100; с=0,3-0,15 (воды 70-85%).

Г-1.0033-10'гРкЕ+гП\ЛгШЕ+16712.10"'РЕ+ и

У* „ , *(иЗЗЗ'С+0,6)>

Ц1МО"1/>А-04529Е-7382,7164А-ив8710*4Р + 10,603у

где: У - съём сухого продукта, кг/мгч; Р - давление, кПа; Е - плотность теплового потока, кВт/м!;Ь-толщина слоя, м; с - содержание сухих веществ, кг/кг.

Средняя относительная погрешность±0,5%.

а) 1 ~Р-А кПа, 2-Р" 10' Па (атм. давл.) б) 1 - с = 0,3 кг/кг; 2-с »0,15 кг/кг Рнс. 4. Математическая модель процесса вакуумной подсушка ферментированного жома

При максимальном удельном съёме продукта 15-16 кг/(мгч) наблюдается поверхностное подгорание продукта. Рациональными режимными параметрами вакуумной сушки на лабораторной установке при достаточно высоком удельном съеме 8 — 14 кг/(м*ч) и при максимальном сохранении качества продукта по органолептическим показателям являются Т = 75-80°С, Е 2,5 — 3,2

кВт/м5, Ь ™ 0,0025 м (2,5 мм), Р =* 4 кПа, с 0,3 кг/кг (начальная влажность ферментированного рыбного жома 70%). Продолжительность подсушивания составила 4-6 мин.

Технологические эксперименты позволили установить, что рациональными параметрами вибрационно-конвективной досушки ФРЖ на опытном образце сушилки являются: скорость воздуха 3,4 м/с, температура сушки 80°С, толщина слоя 13 мм, продолжительность сушки 25-30 минут. Влажность, продукта рекомендуемая в качестве граничной при переходе от вакуумной сушки к конвективному энергоподводу - 55-60%.

Для подтверждения вышеизложенных результатов были проведены технологические эксперименты по сушке ФРЖ на опытных образцах сушилок и аналитические исследования по определению качества белка полученной кормовой ферментированной муки при предварительном обезвоживании разными способами: вакуумной, инфракрасной сушкой; центрифугированием.

В экспериментах на опытном образце вакуумной установки продолжительность сушки увеличивается, по сравнению с лабораторной установкой за счёт увеличения толщины слоя ферментированного жома. Сушка жома в тонких слоях на промышленном оборудовании не рентабельна, за счёт снижения производительности оборудования.

Подсушку на опытном образце вакуумной сушилки проводили при толщине слоя 13 мм (против 2,5мм на лабораторной установке), продолжительности сушки 25 минут (против 4-6 мин. на лабораторной установке), вакууме 4x105 Па, температуре 75-80°С, начальной влажности ФРЖ 70%, плотности теплового потока 2,8 кВт/м2; подсушку на опытном образце инфракрасной сушилки при толщине слоя 9 мм, температуре 80°С, продолжительности 25 мин. Параллельно для обезвоживания ферментированного жома было использовано центрифугирование (частота 6000 об/мин) для замены процесса предварительного подсушивания.

Образцы ФРЖ и предварительно обезвоженного ФРЖ были проанализированы на содержание воды и сухих веществ (рис. 5).

Содержание воды в образцах, подсушенных на вакуумной и инфракрасной сушилках отличалось незначительно и составило соответственно 55-60%, что входит в интервал граничного перехода от вакуумной сушки к конвективному энергоподводу. Отмечено повышенное содержание воды в ФРЖ обезво-

жеиным центрифугированием (65,1%), поэтому использование центрифуги для предварительного обезвоживания признано не целесообразным.

[р*п*г* всуЕне кшктаД

Прояуег

Рис. 5. Содержали» сухих веществ и воды в ферментированном жоме (1 - Ферментированный рыбный жом (ФРЖ); 2 - ФРЖ, подсушенный на ИК-еушилке; 3 - ФРЖ, подсушенный на вакуумной сушилке; 4 — ФРЖ, центрифугированный)

На основании проведённых опытов отмечено, что при вибрационно-конвективной сушке ферментированного жома, предварительно подсушенного на вакуумной или инфракрасной сушилках, было полностью исключено налипание продукта на перфорированное с кто вибрационной сушилки. С другой стороны, инфракрасные сушилки не перспективны при производстве кормовой продукции, т.к. не возможен технически процесс перемешивания, в связи с этим для предварительного обезвоживания ферментированного жома рекомендуется использование вакуумной сушилки.

Образцы подсушенного ФРЖ досушивали до содержания воды 10-12% на вибрационной конвективной сушилке при рациональном режиме процесса: температуре 80°С в течение 25-30 минут с амплитудой колебания рабочего органа 2 мм, скорости воздуха 3,4 м/с., при толщине слоя 13 мм. Максимальное содержание белка в муке, полученной при вакуумной и инфракрасной подсушках со* ставляло 65,2-65,7%. Пониженное содержанке белка в муке при обезвоживании центрифугированием объясняется переходом в бульон части белковых веществ (61,9%).

В четвёртой главе «Исследование кормовой и биологической ценности ферментированной рыбной кормовой муки для стартовых кормов» для проведения сравнительных исследований наработаны опытные партии из киль-

ки каспийской кормовой муки прессово-сушильным способом и муки ферментированной протосубтилином Г20Х, полученной по установленным рациональным режимам варки, ферментации и сушки на образцах опытного оборудования, установленного в корпусе экспериментальных технологий ВНИРО.

В образцах сырья и ферментированной рыбной муки определены общий химический состав, фракционный состав азотистых веществ, аминокислотный состав, показатели качества липцдов, жирнокислотный состав и показатели безопасности. В рыбной муке, полученной прессово-сушильным способом, установлен химический состав и фракционный состав азотистых веществ.

Химический состав ФРМ характеризовался повышенным содержанием белка (66,2%), по сравнению с содержанием белка в кормовой муке, полученной прессово-сушильным способом, на 1,5-2%. Увеличение содержания белка в ФРМ объясняется частичным добавлением в ФРЖ подпрессового бульона в виде раствора фермента. Фракционный состав азотистых веществ ферментированной муки представлен в таблице 5.

Таблица 5

Фракционный состав азотистых веществ ФРМ_

Объект исследования Азот

общий белковый* небелковый* полипептидный* *

Кормовая мука 10,10/100 6,48/64,2 3,62/35,8 1,77/48,9

Ферментированная мука 10,30/100 3,55/34,5 6,75/65,5 4,99/74,3

* - в числителе • содержание азота, мг/%; в знаменателе - в % от общего азота.

** - в числителе - содержанке азота, мг/%; в знаменателе • в "Л от небелкового азота.

Отмечено увеличение содержания небелкового и полнггептидного азотов в ферментированной муке за счёт действия протеолитического фермента по сравнению с кормовой мукой, полученной прессово-сушильным способом на 29,7% и 25,4% соответственно.

Биологическую ценность ФРМ оценивали по ей аминокислотному составу белка и жирнокнслотному составу липндов. В ФРМ содержание заменимых и незаменимых аминокислот снизилось, по сравнению с содержанием в сырье, в частности, содержание незаменимых аминокислот сократилось на 2%, Это связано с термической обработкой сырья, кроме того, вероятно, что часть аминокислот при прессовании переходит в подпрессовый бульон. В ФРМ отмечено высокое содержание валина - 4г/100г, лейцина 6,1, лизина - 5,9. Содержание

жирных кислот в ферментированной муке, по сравнению с сырьём варьируется на 1-12%. Определен высокий уровень пояинеиасьиценных и эссенциальных жирных кислот в ФРМ 45,0 и 9,7% от суммы жирных кислот, соответственно, что свидетельствует о её высокой биологической ценности.

Таким образом, проведённые исследования состава и качества азотосо-держащих веществ и лштдов ФРМ для стартовых кормов рыб, позволяют сделать вывод о том, что она содержит 70% (от небелкового) полипептидного азота, отвечающего рекомендациям рыбоводов к ФРМ для кормления молоди рыб. При этом в ФРМ отмечен высокий уровень белка — 66%, содержащего все незаменимые аминокислоты. В липндах муки выявлено повышенное содержание полиненасыщенных и эссенциальных жирных кислот.

Определенное содержание хлорорганнческих пестицидов и тяжёлых металлов в ФРМ не превышает требований ПДК по ГОСТ 2116-02, что свидетельствует о том, что ФРМ является безопасным кормовым продуктом.

Установлены сроки хранения ферментированной муки, полученной с добавлением антиокислителя - нонола в количестве 0,05% от массы ФРЖ (рис. б).

Из анализа данных рисунка 6 видно, что кислотное число янпндов ферментированной рыбной муки за 12 мес. хранения возросло в 2,2 раза, а содержание окснкислот в 1,5 раза, что превысило ПДК в соответствии с требованиями рыбоводов к показателям: кислотное число и содержание оксикислот.

9 3 ( 9 И 0309 12

Фермент,»«; срои хранения, иес

а) б)

Рис. 6. Изменение качественных показателей шшяаов ферментированной муки » процессе хранения (а - кислотное число; б • содержания оксикислот)

Наиболее рациональным сроком хранения ферментированной рыбной кормовой муки, полученной с добавлением антиокислителя — нонола, следует

считать 9 мес. При этом значение кислотного числа составляет 19,4мгКОН/г, оксшшслот 10,9%, что соответствует рекомендациям рыбоводов.

Биологические испытания ФРМ, проведенные на Волгоградском ОРЗ на молоди русского осетра показали, что через 30 сут. масса молоди, выращенной на комбикорме ОСТ-6 с добавлением ФРМ и выживаемость личинок возросла на 4 %, по сравнению с контрольным образцом (корм без ФРМ). При этом кормовые затраты при кормлении молоди комбикормом с добавлением ФРМ ниже на 20%, по сравнению с контрольным образцом. ФРМ была рекомендована рыбоводами для добавления ее в шрмосмесь В количестве 10%. сырье

Ряс. 7. Технологическая схема получения ФРМ 19

В результате проведённых исследований разработана технологическая схема производства ФРМ (рис. 7).

Разработаны, согласованы и утверждены в установленном порядке технические условия ТУ 9282-023-00472124-05 «Мука рыбная ферментированная для стартовых кормов», ТИ к ТУ 9282-023-00472124-05.

В пятой главе «Экономическая эффективность разработанной технологии» представлен расчёт экономической эффективности от внедрения новой технологии по изготовлению ФРМ. Расчёт включает в себя; определение себестоимости готовой продукции и окупаемости производства. Основные финансовые результаты представлены в табл. 7.

Таблица 7

Основные финансовые результаты_

Показатели Единица измерения Проект

Объвм продукции в натуральном выражении т/год 360

Долгосрочные инвестиции млн.руб 3,0

Выручка от реализации продукции по оптовым ценам мли.руб 21,5

Полная себестоимость продукции млн.руб 19,8

Прибыль валовая мян.руб 1,7

Прибыль чистая мли.руб 1.3

Срок окупаемости лет 2,3

ВЫВОДЫ

1. Обоснована и разработана технология ФРМ для стартовых кормов ценных видов рыб, предусматривающая частичный гидролиз белка рыбного жома протеолитическимн ферментами и позволяющая получить муку с повышенным содержанием полипептидов определённой молекулярной массы, высокой степени перевари ваемостн и биологической ценности.

2. Установлена необходимость выбора сырья для производства ФРМ. При этом выявлено, что наиболее целесообразным сырьём являются мелкие рыбы: килька балтийская, каспийская, хамса и путассу, характеризующиеся повышенным содержанием белка (в среднем 16,7%), полноценным аминокислотным составом (наличие до 32,8-36,4% незаменимых аминокислот; АС большинства аминокислот превышает 100%), высоким содержанием в липидах полиненасы-

щенкых жирных кислот (35,6-44,9% от общей суммы кислот) и эссенциальных кислот(б,6-12,1).

3. Установлена рациональная температура варки рыбного сырья - 75®С, обеспечивающая наибольший выход готового продукта (17,6%) и содержание белка в нём на 1-1,5% выше, чем в муке полученной при температурах варки 65 и 85°С.

4. Впервые предложив при производстве ФРМ использование протеоли-тических ферментов для частичного гидролиза белка рыбного жома. Определено преимущество протосубтилина Г20Х, позволяющего получить требуемый эффект гидролитического расщепления при меньшей массовой доле в 2,5 раза, чем при использовании протосубтилина ГЗХ.

5. Степень гидролиза рыбного жома, полученного при рациональном режиме процесса ферментации (температура 45°С, продолжительность 30 минут, массовая доля фермента 0,01%), составляющая 21%, соответствует с рекомендациям рыбоводов (15-25%),

6. Обоснованы рациональные режимы процесса ферментации рыбного жома с использованием протосубтилина Г20Х (массовая доля фермента 0,01% к массе жома и продолжительность ферментации 30 минут; массовая доля 0,025% и продолжительность ферментации 15 минут), позволяющие получить ферментированную муку с содержанием полипептидного азота - 70% от уровня небелкового азота. При этом содержание полипептидов с молекулярной массой 1000-1500 Да, необходимых для кормления, составляет 30% от небелкового азота, что отвечает рекомендациям рыбоводов.

7. Исследовано влияние параметров процесса сушки (толщина слоя, плотность теплового потока, наличие вакуума) ферментированного рыбного жома в вакуумных сушилках иа скорость протекания сушки. Отмечено, что при увеличении толщины слоя продукта в 2 раза продолжительность сушки увеличивается в 1,5 раза, при уменьшении плотности теплового потока с 4720 до 2140 Вт/м1 продолжительность сушки увеличивается в 2,5 раза, в присутствии вакуума (4 кПа) скорость сушки возрастает в 3 раза.

8. Подтверждена целесообразность проведения процесса сушки ферментированного рыбного жома в две стадии. Предварительную сушку необходимо

проводить на вакуумной сушилке при плотности теплового потока 3,2 кВт/м5; толщине слоя 13 мм, напряжении на лампах 110 В; температуре сушки 75-800С; продолжительности сушки 25-30 минут; вакууме 4x103 Па. Рациональными параметрами вибрационной сушки ферментированного рыбного жома являются: скорость воздуха 3,4 м/с, температура процесса 353К (80°С), толщина слоя 13 мм, продолжительность сушки - 25-30 минут. Рекомендуемая влажность в качестве граничной при переходе от вакуумной сушки к конвективному энергоподводу - 55-60%.

9. Показана кормовая и биологическая ценности ФРМ. Установлена высокая перевариваемость продукта, составляющая 94,3%, что позволяет отнести ФРМ к высокопитательным продуктам, с повышенным содержанием незаменимых аминокислот - 30,7%, высоким содержанием полиненасыщенных жирных - 41,9-44,1 {% от общей суммы кислот) и эссенциальных кислот 8,1%. Показатели качества и безопасности ФРМ соответствуют требованиям ГОСТ 2116-2000 и рекомендациям специалистов по разведению ценных видов рыб.

10. На основании биологических испытаний ФРМ на молоди русского осетра показано, что внесение 10% муки в кормосмесь для питания молоди рыб способствует увеличению их среднесуточного прироста и выживаемости на 4%, по сравнению с контрольной группой, при этом снижение затрат корма на единицу товарной продукции составляет 20%.

11. Разработаны, согласованы и утверждены в установленном порядке технические условия ТУ 9282-0234)0472124-05 «Мука рыбная ферментированная для стартовых кормов» Н 711 к ТУ 9282-023-00472124-05.

И

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Статьи:

t. Боева НЛ., Сергненко Е.В. Ферментированная рыбная кормовая мука: выбор оптимального фермента// Рыбная промышленность.-2005.- №1,- С. 18-20.

2. Боева НЛ., Сергненко Е.В. К вопросу о сушке ферментированной рыбной муки// Вестник Астраханского государственного технического университета. Специальное приложение.-2005,- №4(27),- С.65-69,

3. Боева НЛ., Пономарёв C.B., Сергненко Е.В, Изучение биологической ценности ферментированной рыбной кормовой муки на молоди осетровых рыб// Рыбное хозяйство,- 2005,- Xs6,-C. 73-74.

4. Сергненко Е.В. Способы сушки ферментированного рыбного жома// Рыбная промыпшенность.-200б.-№ 2.-С. 24-26.

Материалы конференций:

1. Боева НЛ., Терентьев ВА, Сергненко Е.В. Совершенствование технологии производства кормовой муки // Материалы 4 Международной на* учно-практической конференции «Производство рыбных продуктов*, проблемы, новые технологии, качество»,- Калининград, 2003,- С. 195-198.

2. Боева Н.П., Сергненко ЕЛ. Современные экологически безопасные биотехнологии переработки отходов при разделке рыбы// Материалы Пятой Международной научно-технической конференции "Пища, экология, человек". - М., 2003,- С. 311-312.

3. Боева Н.П., Терентьев В.А., Сергненко Е.В. Совершенствование технологии производства кормовой рыбной муки с использованием нового оборудования // Тезисы докладов научно-практической конференции "Водные биоресурсы России; решение проблем их изучения н рационального использования". - М., 2003.- С, 163-164.

4. Боева НЛ., Терентьев В .А., Сергненко Е.В. Разработка низкотемпературной технологии кормовой рыбной мукл// Прикладная биохимия и технология гидробионтов: Труды ВНИРО, -М., ВНИРО.- Т. 143. - С.190-194.

5. Боева Н.П., Бредихина О.В., Сергненко Е.В., Терентьев В.А. Энергосберегающая технология производства рыбной кормовой муки//Повышение энергоэффективности техники и технологий в перерабатывающих отраслях АПК: Сборник научных трудов МГУПБ. - M., 2004.-С.47-49.

6. Боева НЛ., Терентьяв ВА., Сергненко Е.В. Разработка низкотемпературной технологии производства рыбной кормовой муки// Материалы Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании-2004».-Калннннград, 2004. - С. 92.

7. Боева Н.П., Сергненко Е.В. Выбор оптимального фермента для производства ферментированной рыбной кормовой муки, используемой в стартовых кормах//Тезисы докладов научно-практической конференции «О приоритетных задачах рыбохозяйственной науки в развитии рыбной отрасли России до 2020 года»,- М., 2004,- С. 201-203.

8. Сергненко ЕЛ. Разработка технологии производства ферментированной рыбной кормовой муки для стартовых кормов молоди рыб// Материалы 3 Международной научной конференции студентов и молодых учёных «Живые системы н биологическая безопасность населения»,- М-, 2004,- С. 178-180.

9. Боева Н.П., Сергненко Е.Б. Выбор фермента и способа сушки ферментированной рыбной кормовой муки для стартовых кормов ценных пород рыб// Материалы 5 международной научно-практической конференции «Производство рыбной продукции: проблемы, новые технологии, качество» Калини-град, 2005.-С.154-156.

10. Сергненко Е.В. Изучение глубины гидролиза ферментированного рыбного жома// Материалы научно-практической конференции «Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы» .-Калининград, 2006. - С. 104-105.

Патенты;

1. Боева Н.П., Сергненко Е.В. Способ получения рыбной кормовой муки. Пат № 2266691, от 18.05.2004. Опубликовано 27.12.2005,Бюл. № 36.

Подл, в печать JS.lO.C4 Объем пл. Тираж^7ака. Заказ ВНИРО. 107140, Москва, В. Красносельская, 17