автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии ферментированных кормовых продуктов из рыбных отходов

На правах рукописи

005иоА

ПОМОЗ АЛЕКСЕИ СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ РЫБНЫХ ОТХОДОВ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов и

холодильных производств

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 ' 'ПР ¿013

Владивосток, 2013

005052187

Работа выполнена на Федеральном государственном унитарном предприятии «Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр» (ФГУП «ТИНРО-центр») и в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет» (ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз»).

Научный руководитель: Ярочкин Альберт Павлович

доктор технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией Проблем рационального использования гидробионтов ФГУП «ТИНРО-Центр» Официальные оппоненты: Кадникова Ирина Арнольдовна

доктор технических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник лаборатории Проблем рационального использования водорослей ФГУП «ТИНРО-Центр»

Байдалинова Лариса Степановна

кандидат технических наук, доцент кафедры Пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

Ведущая организация: ФГУП «Всероссийский научно-

исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (ВШОЮ)

Защита диссертации состоится 19 апреля 2013 г. в 10°° ч на заседании диссертационного совета Д 307.006.01 при ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет» по адресу: 690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 526, ауд. 211, факс: (423) 244-03-09; e-mail: oev@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет».

Автореферат разослан « марта 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Осипов Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в отечественном агропромышленном комплексе существует проблема дефицита полноценного кормового белка. Это связано, с одной стороны, со значительным сокращением объемов производства кормовой рыбной муки, с другой стороны — с введением ограничений на использование кормовой продукции из отходов мясо- и птицеперерабатывающей промышленности из-за риска возникновения эпидемиологически опасных инфекций животных. В этой связи актуальной народнохозяйственной задачей является увеличение объема выпуска высококачественной кормовой продукции на основе комплексного и рационального использования вторичного рыбного сырья.

Известно, что традиционной технологии кормовой продукции, вырабатываемой из рыбного сырья (кормовой рыбной муки), присущ ряд недостатков, главными из которых являются дороговизна рыбомучных установок, высокие энергозатраты производства и, следовательно, высокая себестоимость готовой продукции. Применение жестких режимов термической обработки рыбного сырья при варке, сушке и выпаривании подпрессовых бульонов приводит к снижению кормовой и биологической ценности продукта.

Вопросами повышения качества кормовой продукции из рыбного сырья, в том числе с применением биохимических способов, занимались отечественные и зарубежные ученые: Н.П. Боева, В.М. Дацун, Ю.Н. Кузнецов, М.Д. Мукатова, A.B. Перебейнос, Р.Г. Разумовская, Е.В. Сергиенко, Т.Н. Слуцкая, Л.Я. Тели-шевская, М.Е. Цибизова, А.П. Черногорцев, А.П. Ярочкин, S. Arason, М. Archer, S.H. Goldhor, Y.Uchida и другие. Анализ исследований данных авторов приводит к выводу, что применение ферментного гидролиза в технологии кормовой продукции позволяет повысить биологическую ценность продуктов и сократить энергозатраты.

В настоящее время в технологии кормовой продукции широко используются ферментные препараты микробиологического происхождения. Они имеют относительно невысокую стоимость, широкую специфичность по отношению к животному и растительному сырью, достаточно стабильны в хранении в сухом виде.

Целью настоящей работы является разработка ресурсосберегающей технологии ферментированных кормовых продуктов повышенной кормовой и био-

Г

логической ценности и длительного срока хранения из рыбных отходов, в качестве альтернативы традиционным технологиям кормовой рыбной продукции.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи.

1. Исследование физико-химические характеристик отходов от разделки основных промысловых рыб дальневосточного бассейна как сырья для производства кормовых продуктов, их безопасности и биологической ценности.

2. Разработка рациональных параметров ферментолиза отходов от разделки различных видов рыб и рациональных режимов разделения продуктов ферментолиза.

3. Исследование показателей качества, безопасности и биологической ценности продуктов ферментолиза рыбных отходов.

4. Обоснование выбора консерванта, установка срока хранения стабилизированных им ферментированных кормовых продуктов при температуре производственных помещений (плюс 20±2 °С) и определение его эффективной концентрации.

5. Проведение производственной проверки, зоотехнических испытаний и оценка эффективности использования ферментированных кормовых продуктов в составе рационов молодняка сельскохозяйственных животных;

6. Проведение расчета экономической эффективности разработанной технологии кормовой продукции.

7. Разработка проектов нормативной документации (ТУ, ТИ) на ферментированные кормовые продукты из рыбных отходов.

Научная новизна. Определены физические характеристики измельченных рыбных отходов (плотность, насыпная масса, напряжение сдвига, динамическая вязкость), что послужило основой для расчета и подбора технологического оборудования при разработке исходных требований на экспериментальную биотехнологическую линию производства кормовых продуктов.

Впервые исследована биологическая ценность вторичного сырья от разделки дальневосточных промысловых рыб (лососевых, камбал, сельди, сайры), которая позволяет считать его источником полноценного кормового белка.

Разработаны единые рациональные параметры ферментолиза разных групп рыбных отходов, в том числе высокой жирности: фермент-субстратное отношение, продолжительность, гидромодуль, интенсивность перемешивания, по-

следующая инактивация ферментов, которые обеспечивают максимальный выход белков в кормовую пасту.

Впервые исследовано изменение биологической ценности вторичного рыбного сырья в процессе его биотехнологической модификации при производстве кормовых продуктов.

Обосновано использование пиросульфита натрия в концентрации 1 % в качестве консерванта для обеспечения длительного срока хранения (до 10 мес.) ферментированных кормовых паст при температуре производственных помещений.

Установлено, что сочетание ферментолиза, кратковременной термической обработки и консервирования пиросульфитом натрия обеспечивают высокую биологическую ценность и безопасность ферментированных кормовых продуктов (паст и бульонов) и минерально-белковых остатков по токсико-гигиеническим и микробиологическим показателям.

Обоснована возможность получения нескольких групп кормовых продуктов, отличающихся агрегатной формой, содержанием сухих веществ (белков, липидов и минеральных веществ) и биологической ценностью, в одном технологическом цикле.

Установлена высокая биологическая эффективность ферментированных кормовых паст и бульонов на молодняке сельскохозяйственных животных разных возрастных групп.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Разработана ресурсосберегающая технология, позволяющая получать комплекс продуктов: ферментированную кормовую пасту и бульон, минерально-белковый остаток (основу минерально-белковых кормовых добавок), а также технический жир при использовании жирного рыбного сырья. Ферментированные кормовые пасты имеют длительный срок хранения (10 мес.) при температуре производственных помещений.

Технология испытана на макетах полупромышленного оборудования в ООО «Технологическое оборудование» (г. Владивосток) и прошла производственную проверку на экспериментально-технической базе ФГУП «ТИНРО-Центр» с выпуском производственно-экспериментальной партии ферментированной кормовой продукции (пасты и бульона). Разработаны исходные требо-

вания на экспериментальную биотехнологическую линию для производства кормовой продукции из рыбного сырья.

Ферментированные кормовые продукты (паста и бульон) из рыбных отходов испытаны на молодняке сельскохозяйственных животных в опытном хозяйстве ООО «Ариран-Н» (с. Борисовка Приморского края), на основании чего специалистами Приморской государственной сельскохозяйственной академии даны положительные рекомендации по их использованию в кормлении свиней.

Разработаны проекты нормативных документов: ТУ № 9283-344-004720122012 «Паста рыбная ферментированная кормовая», ТИ №346-2012 к ТУ №9283344-00472012-2012 по изготовлению пасты рыбной ферментированной кормовой. Подготовлена заявка на изобретение «Способ производства кормовой пасты из рыбного сырья» №2012141577 и получен приоритет от 28.09.2012.

Расчет экономической эффективности технологии показал, что себестоимость единицы белковых веществ в ферментированной кормовой пасте более чем в 2 раза ниже, чем в рыбной муке. Разработанная технология кормовой продукции применима как для малых объемов сырья (до 2 т в сутки), так и для крупномасштабного производства. Результаты исследований внедрены на ООО «Дальреммаш» (г. Хабаровск) при разработке бизнес-плана инновационного проекта «Опытно-промышленная линия биотехнологической переработки отходов от разделки рыбы для получения кормовой продукции производительностью до 20 т/сутки по сырью».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены и обсуждены на всероссийской научной молодежной конференции-школе «Проблемы экологии морского шельфа» (г. Владивосток, сентябрь 2010 г.); всероссийской молодежной конференции «Вклад молодых ученых в рыбохозяйст-венную науку России» (г. Санкт-Петербург, октябрь 2010 г.); международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья» (г. Владивосток, 2011); всероссийской научно-технической конференции «Инновационные наукоёмкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты» (г. Тула, декабрь 2011 г.); IV ярмарке научно-технических идей и законченных научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок в области сельскохозяйственного производства (Владивосток-Уссурийск, 2012 г.), а также на технических секциях Ученого совета ФГУП «ТИНРО-Центр» и заседаниях кафедры «Технология продуктов питания» ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз» в период с 2009 по 2012 гг.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 10 печатных работах, в том числе в двух статьях в издании, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, одной заявке на патент РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 134 страницах основного текста, содержит 43 таблицы, 15 рисунков, 11 приложений. Список литературы включает 193 наименования, из них 26 источников на иностранном языке.

Положения, выносимые на защиту.

- Для получения кормовой продукции из мышечно-костных, липидно-белковых и костно-мышечных отходов от разделки промысловых рыб применим унифицированный температурно-временной режим ферментолиза с прото-субтилином.

- Ферментная модификация вторичного рыбного сырья обеспечивает получение кормовых продуктов разного состава и биологической ценности, для которых рекомендован дифференцированный подход к использованию в животноводстве.

- Эффективность кормовых продуктов, полученных на основе ферментолиза рыбных отходов, выражается в увеличении привесов опытных животных, снижении затрат кормовых единиц и переваримого протеина относительно контрольной группы.

Благодарности.

Автор выражает благодарность техническому директору ООО «Технологическое оборудование» М.Г. Готшалку за предоставление технической базы и помощь в организации совместных экспериментальных работ; научным сотрудникам ФГБОУ ВПО «Приморская ГСХА», в частности доценту Ю.П. Никулину, за помощь в проведении биологических испытаний; коллективу лаборатории Проблем рационального использования гидробионтов, научному руководителю — заведующему лабораторией А.П. Ярочкину и руководству ФГУП «ТИНРО-Центр» за содействие в проведении исследований и ценные советы на всем этапе выполнения работы; проректору по научной работе ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз» В.Д. Богданову за ценные рекомендации при подготовке диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе «Современные тенденции в производстве кормовой продукции из рыбного сырья (обзор литературы)» проведен анализ традиционных технологий производства кормовых продуктов из рыбного сырья, приведены основные направления совершенствования традиционных и разработки новых технологий, позволяющих повысить биологическую ценность кормовой продукции, в том числе с применением ферментного гидролиза для обработки рыбного сырья. Обоснована перспективность использования отечественного протеолитического препарата протосубтилин ГЗХ в технологии кормовой продукции из рыбного сырья.

Во второй главе «Объекты и методы исследований» представлена программно-целевая схема проведения диссертационных исследований (рис. 1), охарактеризованы объекты исследований: отходы от разделки основных промысловых видов рыб дальневосточного бассейна (лососевых, камбал, сельди тихоокеанской, сайры тихоокеанской), минтай мелкий некондиционный по ОСТ 15-294, а также мороженая продукция из них (фарш мороженый для пушных зверей), соответствующая ОСТ 15-295. Также объектами исследований являлись ферментолизаты, полученные с применением ферментного препарата протосубтилин ГЗХ при продолжительности ферментолиза 10-60 мин, костные (минерально-белковые) остатки и продукты, полученные после центрифугирования ферментолизатов: плотные осадки (пасты) с добавлением пиросульфита натрия в качестве консерванта и без него, жидкие фракции — бульоны. Отбор и подготовку проб сырья и полученной продукции к анализу проводили в соответствии с ГОСТ 7631.

В работе применялись стандартные и общепринятые в рыбной отрасли методы исследований. Содержание небелкового и общего азота определяли микрометодом по Къельдалю на приборе Kjeltec Auto 10 SO Analyzer (Фирма FOSS, Швеция). Глубину гидролиза белков рассчитывали по отношению прироста небелкового азота (НБА) в ферментолизате к белковому азоту сырья (Леванидов и др., 1984). Аминокислотный состав белков в продуктах определяли после подготовки пробы (Баратова, Белянова, 1974; Остерман, 1985). Содержание аминокислот определяли на аминокислотном анализаторе Hitachi L-8800 (Япония).

Рисунок 1 - Программно-целевая схема проведения исследований

Содержание липидов определяли гравиметрически по ГОСТ 7636, экстракцию липидов проводили по методу Блайя и Дайера (Bligh, Dayer, 1959). Перекис-ное число жира определяли по ГОСТ Р 51487, кислотное число - по ГОСТ 7636.

Подготовку проб для определения минерального состава объектов исследования проводили в соответствии с ГОСТ 26929, анализ выполняли на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Nippon Jarrel Ach» модель АА-885. Количество свинца и мышьяка определяли на приборе фирмы «Hitachi», модель 170-70 с использованием графитовой кюветы в соответствии с ГОСТ 26930 и ГОСТ 26932. Содержание ртути определяли в соответствии с ГОСТ 26927 беспламенным атом-но-абсорбционным методом на микроанализаторе ртути «Hiranuma», модель Hg-1.

Определение токсикологической безопасности и относительной биологической ценности (ОБЦ) кормовых продуктов осуществляли биологическим ме-

тодом на инфузориях Tetrahymena pyriformis (Игнатьев, 1978, Игнатьев и др., 1991) в лаборатории Микробиологии ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз».

Для определения физических характеристик сырья пробу готовили путем двухстадийного измельчения на куттере и комбайне. Напряжение сдвига и динамическую вязкость рыбных отходов и ферментированных смесей определяли с помощью ротационного вискозиметра «Реотест-2» (Германия) с использованием цилиндрового измерительного устройства S-S1. Относительное содержание костной ткани в рыбных отходах определяли после ферментного гидролиза ( Черногорцев, Дулатова, 1967).

Для численных результатов исследований находили среднеарифметическое значение из результатов трех-пяти параллельных определений и квадратичного отклонения. Математическую обработку результатов и построение графических зависимостей проводили с использованием программы Microsoft Excel 2000.

Экспериментальные работы выполнялись на лабораторном оборудовании ФГУП «ТИНРО-Центр» и макетах полупромышленного оборудования, спроектированных и изготовленных в ООО «Технологическое оборудование» (г. Владивосток).

В третьей главе «Научно-экспериментальное обоснование рациональных параметров получения ферментированных кормовых продуктов из рыбных отходов» исследованы физико-химические характеристики отходов от разделки основных промысловых рыб дальневосточного бассейна (лососей, камбал, сельди, сайры) и некондиционного минтая. Определены физические характеристики измельченных рыбных отходов (плотность, насыпная масса, напряжение сдвига и динамическая вязкость) (таблица 1). На основании полученных данных был произведен подбор технологического оборудования для разработки исходных требований на экспериментальную биотехнологическую линию по производству кормовых продуктов из рыбного сырья.

Таблица 1 — Физические характеристики измельченных рыбных отходов

Показатель Отходы от разделки

Лососевых Камбал Сельди Сайры

Насыпная масса, кг/м3 782±12 1053±14 993±18 973±16

Плотность, кг/м3 942±10 1455±12 1373±21 1428±15

Напряжение сдвига, Па 26,9 66,7 155,8 189,0

Динамическая вязкость, Па-с 0,5 0,8 1,9 2,3

Результаты исследований (таблица 2) показали, что наибольшим содержанием костной ткани (до 10,1 %) характеризуются отходы от разделки камбал, минимальным (до 1,9 %) - отходы от разделки лососей с превалирующим содержанием внутренностей, промежуточным - отходы от разделки сельди, сайры и некондиционный минтай (4,3-9,7 %).

Таблица 2 - Относительное содержание костной ткани, %

Источник отходов Минимальное Максимальное Среднее

Лососевые 0,7 1,9 1,3

Камбалы 9,1 10,1 9,6

Сельдь 4,8 9,7 7,2

Сайра 4,3 9,1 6,7

Минтай 5,4 8,2 6,8

По показателям общего химического состава рыбные отходы также имеют отличия (таблица 3).

Таблица 3 - Общий химический состав отходов от разделки основных промысловых рыб дальневосточного бассейна

Химический компонент Содержание, %

Лососевые Камбала Сельдь Сайра Минтай**

Вода 64,13±0,4 78,50±0,4 71,60±0,1 67,32±0,5 80,8±1,8

Белок N„6x6,25 10,63 ±0,1* 29,63 ±0,3 9,00 ±0,1 41,86 ±0,5 16,59 ±0,1 58,42 ±0,4 14,49 ±0,7 44,34 ±2,1 15,60 ±0,7 81,25 ±3,6

Липиды 24,17 ±0,4 67,38 ±1,1 8,04 ±0,6 37,40 ±2,8 9,61 ±0,7 33,84 ±2,5 12,30 ±0,6 37,64 ±1,8 1,00 ±0,2 5,2 ±1,0

Минеральные вещества 1,14 ±0,1 3,18 ±0,3 4,68 ±0,7 21,77 ±3,3 2,90 ±0,7 10,21 ±2,5 5,42 ±0,4 16,59 ±1,2 1,60 ±0,1 8,33 ±0,5

Активная кислотность (рН) 5,8 6,7 7,3 6,4 7,2

* в числителе - содержание (%) в пересчете на сырое вещество; в знаменателе - содержание (%) в пересчете на сухое вещество;

** мелкий минтай (Кузнецов, 2002).

Так, отходы от разделки лососевых рыб характеризуются очень высоким содержанием (около 67,4 % сухих веществ) при пониженном содержании белков и низком - минеральных веществ, отходы от разделки камбал - относительно высоким содержанием минеральных веществ (около 22 % сухих веществ) при пониженном содержании белков. Отходы от разделки сельди и сайры являются одновременно и липидным, и белковым сырьем, поскольку в составе отходов присутствует мышечная, эпителиальная (кожа, внутренности) и

и

соединительная (костная, жировая) ткани. Минтай характеризуется повышенным содержанием белков и умеренным содержанием минеральных веществ. Это дает основание отнести исследуемые рыбные отходы к трем группам: ко-стно-мышечные (отходы от разделки камбал); липидно-белковые (отходы от разделки тихоокеанских лососей, сельди и сайры); мышечно-костные (некондиционный минтай).

Исследования биологической ценности данных групп сырья показали, что их белки полноценны по общему аминокислотному составу и содержанию дефицитных для организма животных аминокислот (лизину, треонину, метионину с цистеином) и существенно не отличаются по составу незаменимых аминокислот белков от мышечной ткани рыб, что дает основание считать исследуемые рыбные отходы полноценным белковым сырьем.

Установлено, что по микробиологическим показателям и содержанию токсичных элементов исследуемые группы рыбных отходов соответствуют таковым для пищевой мороженой рыбопродукции и, следовательно, безопасны для кормопроизводства.

При разработке рациональных параметров ферментолиза отходов для получения кормовой продукции исследования изначально проводили на наиболее сложном в технологии сырье - липидно-белковом (отходы от разделки сайры). При ферментолизе варьировали значениями фермент-субстратного отношения от 0,2 до 0,7 ПЕ/г белка и продолжительностью от 0 до 60 мин с интервалом 10 мин. Эффективность процесса ферментолиза оценивали по количеству негид-ролизованного остатка, выходу белковых веществ в ферментолизат и плотный осадок после центрифугирования. В результате исследований установлено, что в течение 10-20 мин ферментолиза вне зависимости от величины фермент-субстратного отношения отмечаются значительное количество негидролизо-ванного остатка и недостаточно высокий выход белка. Наибольший выход белковых веществ в плотный осадок после центрифугирования ферментолизата (таблица 4) достигается при фермент-субстратном отношении 0,5 ПЕ/г белка в течение 40 мин ферментолиза.

Таким образом, при ферментолизе липидно-белковых отходов рациональными параметрами являются продолжительность процесса 40 мин и фермент-субстратное отношение 0,5 ПЕ/г белка, что соответствует концентрации прото-субтилина 0,1 % к массе сырья.

Для обоснования применимости данных параметров ферментолиза при использовании других групп рыбных отходов (мышечно-костных, костно-

12

мышечных) исследовали изменение глубины гидролиза белков в интервале продолжительности от 10 до 60 мин.

Таблица 4 - Выход белковых веществ в плотные осадки в зависимости от продолжительности ферментолиза липидно-белковых отходов (сайра) и фермент-субстратного отношения

Фермент-субстратное отношение, ПЕ/г белка Выход белковых веществ в плотный осадок, % к содержанию белка в сырье

30 мин 40 мин 50 мин 60 мин

0,2 59,4 60,6 61,7 64,3

0,3 60,5 62,1 62,9 66,4

0,4 62,8 64,2 66,5 64,7

0,5 64,8 67,4 66,4 64,1

0,6 66,8 67,0 65,6 62,0

0,7 66,6 64,5 63,3 61,9

Исследования показали, что с увеличением продолжительности ферментолиза от 10 до 60 мин глубина гидролиза белков рыбных отходов возрастает, причем на 40-й мин ферментолиза ее значения для разных групп отходов близки и находятся в интервале 24,9-26,7 % (рис. 2). Поскольку в исследованиях А.П. Чер-ногорцева {Черногорцев, 1973) по автопротеолизу мелких рыб отделение костной массы от автолизата достигается при степени расщепления белков в пределах 25,0-30,0 %, то можно говорить о приемлемости данного временного режима ферментолиза с протосубтилином (40 мин) для всех трех групп отходов.

Исследование выхода сухих и белковых веществ в плотные осадки после центрифугирования фер-ментолизатов, полученных из ли-пидно-белковых (отходы сайры и сельди) и мышечно-костных (некондиционный минтай) отходов (рисунки 3 и 4), относительно их исходного содержания в сырье показало, что его значения максимальны при продолжительности ферментолиза 40 мин.

ои 45

ге

« 40

I 35 ю

£ 30 §

§•25

S 20

№

5

лг

>. 15 10 5

Л

✓ ' .л г 1

/ , X

♦ ЛОСОС — тк — сельд евые —f —камбала t> —*—сайра й

i i i i

10 20 30 40 50 60 70 Продолжительность ферментолиза, мин

Рисунок 2 - Зависимость глубины гидролиза белков рыбных отходов от продолжительности ферментолиза

О 10 20 30 40 50 60 70 Продолжительность ферментолиза, мин

Рисунок 3-Зависимость выхода сухих веществ в плотные осадки ферментолизатов от продолжительности ферментолиза

10 20 30 40 50 60 Продолжительность ферментолиза, мин

Рисунок4-Зависимость выхода белковых веществ в плотные осадки ферментолизатов от продолжительности ферментолиза

Установлено, что более интенсивное уменьшение количества негидролизо-ванного (костного) остатка при ферментолизе трех исследуемых групп отходов наблюдается в течение первых 40 мин процесса, при увеличении продолжительности ферментолиза (более 40 мин) его снижение менее выражено.

Данные выводы коррелируют с результатами исследования динамической вязкости ферментированных измельченных рыбных отходов при ферментолизе (рис. 5), интенсивное снижение которой происходит в течение 40 мин, после чего вязкость стабилизируется (кривая выходит напрямую).

Таким образом, на основании совокупности показателей (глубина гидролиза белков, выход сухих и белковых веществ, динамическая вязкость измельченных отходов и количество негидролизованного остатка) можно сделать вывод о том, что для получения кормовой продукции из мышечно-костных, липидно-белковых и костно-мышечных рыбных отходов

О 10 20 30 40 50 60

Продолжительность ферментолиза, мин.

Рисунок 5 - Изменение динамической вязкости рыбных отходов при ферментолизе

применим единый (унифицированный) температурно-временной режим их ферментолиза с протосубтилином ГЗХ: продолжительность 40 мин, фермент-

субстратное отношение 0,5 ПЕ/г белка при температурах 45-55 °С, гидромодуле 0,20-0,25, интенсивности перемешивания 40-60 мин"1.

Инактивацию ферментов осуществляли термообработкой ферментированной смеси при температуре 80-85 °С в течение 10-15 мин, что, в свою очередь, позволяет снизить на два порядка количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ), добиваясь эффекта пастеризации. После этого ферментолизаты отделяли от костной массы и направляли на концентрирование.

Для выбора рационального режима концентрирования белковых веществ исследовали разделение ферментолизатов из отходов сельди и сайры на центрифугах различного типа: вертикальной осадительной центрифуге периодического действия и горизонтально-осадительной шнековой центрифуге непрерывного действия (супердекантаторе), при факторе разделения 3500 g в течение 10 мин. Установлено, что, несмотря на больший выход плотного осадка на центрифуге периодического действия, выход сухих и белковых веществ в осадке при использовании обоих типов центрифуг не имеет существенных отличий (таблица 5). Сравнительная оценка химических характеристик плотных осадков позволяет сделать вывод о целесообразности применения супердекантатора для более полного отделения белка в виде осадка и эффективного отделения липи-дов с жидкой фракцией (бульоном).

Таблица 5 - Химические характеристики плотных осадков и показатели эффективности разделения ферментолизатов на различных центрифугах

Показатель Тип центрифуги

Периодического действия Непрерывного действия (супердекантатор)

Сайра Сельдь Сайра Сельдь

Выход плотного осадка, % к сырью 47,70±2,5 46,90±2,7 40,80±2,7 40,70±3,3

Содержание в плотном осадке (%):

Сухих веществ 27,31±1,2 27,15±1,4 30,84±1,8 31,45±2,5

Белковых веществ 19,82 ±1,1 . 72,52 + 4,0 20,25 ±1,4 74,59 ±5,2 23,64 ±1,4 79,22 ±4,5 25,59 ±2,2 81,37 ±7,0

Липидов 6,36 ±0,6 27,31 ±2,2 5,10 ±0,6 18,78 ±2,2 4,61 ±0,3 14,95 ±0,9 3,10 ±0,2 9,86 ±0,6

Выход сухих веществ, % сырья 13,03±1,19 12,73±0,65 12,59±0,72 12,80±1,03

Выход белковых веществ, % сырья 9,45±0,52 9,50±0,66 9,65±0,57 10,42±0,90

Удаление липидов ферментолизата при центрифугировании, % 71,9±0,3 72,4±0,6 80,6±0,5 83,8±0,3

* в числителе — содержание в сыром веществе, в знаменателе-впересчете на сухие вещества.

Исследование процесса разделения отстаиванием после центрифугирования ферментолизатов жидкой фракции, представляющей собой эмульсию, показало, что основная часть жира из эмульсии отделяется в течение 2 ч отстаивания, что следует учитывать при использовании жироловушек для отделения жира из бульонов. Жир бульона, полученного при центрифугировании фермен-толизата, по показателям качества соответствовал техническому рыбному жиру первого сорта (ГОСТ 1304).

В четвертой главе «Оценка качества и безопасности ферментированных кормовых продуктов из рыбных отходов» приведены результаты комплексных исследований общего химического, минерального состава и показателей биологической ценности продуктов ферментолиза рыбных отходов: плотных белковых осадков - ферментированных кормовых паст (ФКП), бульонов и негидро-лизованных (минерально-белковых) остатков (МБО).

Исследованиями показано, что ферментированные кормовые пасты являются высокобелковым продуктом (таблица 6) и богаты такими биогенными элементами, как калий (2731,3-2943,2), магний (620,8-1057,0) и железо (307,3332,7 мг/кг сухих веществ), что в целом говорит о высокой биологической ценности продукта.

Таблица 6 - Общий химический состав ферментированных кормовых паст

Источник получения ФКП Соде ржание, %

Вода Белковые в-ва Липиды Минеральные в-ва

Отходы сайры 69,16±1,8 23,64 ± 1,4 * 79,22 ± 4,5 4,61 ± 0,3 14,95 ± 0,9 1,45 ± 0,1 4,70 ± 0,3

Отходы сельди 68,55±2,5 25,59 ±2,2 81,37 + 7,0 3,10 ± 0,2 9,86 ± 0,6 1,36 ± 0,1 4,32 ± 0,3

Минтай" 75,80±1,5 20,30 ± 1,4 83,88 ±5,8 1,40 ± 0,2 5,79 ± 0,8 1,80 ± 0,1 7,40 ± 0,4

* в числителе-в пересчете на сырое вещество, в знаменателе-в пересчете на сухие вещества; паста, полученная на вертикальной осадительной центрифуге

Минерально-белковые остатки представляют собой измельченные фрагменты скелета рыб, мелкие частицы хрящей с включением хрусталиков глаз рыб, чешуи и незначительного количества частиц мягких тканей и отличаются друг от друга, главным образом, содержанием белка и минеральных веществ (таблица 7). Содержание липидов в пастах и минерально-белковых остатках при пересчете на 12 %-ю влажность, соответствующую рыбной коровой муке, не превышает нормативного значения 14 %, следовательно, по этому показате-

лю данные продукты могут быть рекомендованы для использования в животноводстве без ограничений.

Таблица 7 - Общий химический состав минерально-белковых остатков после ферментолиза рыбных отходов

Источник получения МБО Соде ржание, %

Вода Белковые в-ва Липиды Минеральные в-ва

Отходы сайры 56,46±0,7 13,65 ±1,1 31,35 ±2,5 4,07 ±1,7 9,35 ±3,9 23,82 ±2,7 54,71 ±6,2

Отходы сельди 62,44±0,5 17,31 ±0,7 46,09 ±1,9 3,10 + 0,3 8,25 ±0,8 18,65 ±1,8 49,65 ±4,8

Отходы минтая 45,00-50,00 30,90" 1,00" 68,10"

данные Кузнецова Ю.Н. (Кузнецов, 2002); в пересчете на сухие вещества

Бульоны, образующиеся после центрифугирования ферментолизатов, по общему химическому составу не имеют существенных отличий от подпрессо-вых бульонов рыбомучного производства (таблица 8).

Таблица 8 - Общий химический состав бульонов из рыбных отходов

Вид бульона Содержание, %

Вода Белковые в-ва Липиды Минеральные в-ва

Сайровый 86,50±1,9 5,02±0,7 6,35±1,3 0,80±0,1

Сельдевый 85,97±1,5 5,65±0,6 5,31±0,6 0,50±0,1

Подпрессовые бульоны после РМУ 85,3-92,8 3,6-6,1 3,5-9,0 0,9-1,2

* данные Боевой Н.П. (Боева, 2002).

Исследованиями установлено, что содержание токсичных элементов в продуктах ферментолиза отходов не превышает показателей, регламентированных действующим стандартом на рыбную кормовую муку.

Исследования аминокислотного состава белков в продуктах ферментолиза рыбных отходов (таблица 9) показали, что в ферментолизатах отмечается незначительное уменьшение содержания незаменимых аминокислот по сравнению с сырьем, однако после отделения костной массы и центрифугирования ферментолизатов их содержание в белках паст увеличивается. В минерально-белковых остатках содержание пролина более чем в 2 раза и глицина почти в 3 раза превышает их содержание в пастах, что объясняется, главным образом, отделением от ферментолизатов костной ткани.

Таблица 9 - Аминокислотный состав белков продуктов ферментолиза рыбных отходов и кормовой муки

00

Содержание в объектах исследований, г / 100 г белка

Сельдь Сайра Мука из сайры и сельди по ГОСТ 2116*

Аминокислота Сырье Фемен-толизат ФКП Бульон МБО Сырье Фер-мен-толизат ФКП Бульон МБО

Треонин 5,0 4,8 4,9 4,5 3,8 4,8 4,7 5,1 4,4 3,4 4,8

Валин 5,2 4,4 4,8 4,2 3,9 4,1 4,0 4,3 3,6 3,1 4,2

Метионин+цистеин 2,0 1,8 зд 1,9 1,4 1,8 1,3 3,6 1,5 0,5 3,6

Изолейцин 4,1 3,5 4,2 3,1 2,8 3,2 2,9 3,4 2,8 1,5 3,4

Лейцин 9,3 8,0 8,5 8,0 6,5 7,6 7,1 8,3 7,5 3,8 7,7

Фенилаланин+тирозин 8,4 7,3 8,5 6,9 6,9 7,3 7,0 8,7 6,3 4,8 7,2

Лизин 7,0 7,1 7,5 7,8 5,7 7,6 7,7 7,4 8,3 4,4 7,0

Сумма незаменимых аминокислот 41,0 36,9 41,5 36,4 31,0 36,4 34,7 40,8 34,4 21,5 37,9

Аспарагиновая кислота 8,5 8,8 9,3 9,2 8,0 9,8 9,9 10,4 10,1 6,9 9,5

Серин 4,5 4,5 4,6 4,1 4,8 4,6 4,8 4,8 4,7 4,9 4,4

Глугаминовая кислота 15,4 14,6 12,9 16,8 12,3 14,6 14,5 13,8 17,0 11,2 13,7

Глицин 8,4 7,6 4,9 7,1 13,6 6,8 8,1 5,9 7,9 18,6 7,4

Алании 4,0 5,6 5,7 5,7 7,2 8,2 8,6 7,1 8,5 10,3 5,8

Гистидин 3,9 3,0 2,8 2,8 2,8 5,2 4,1 3,6 3,0 2,4 2,5

Арпшин 8,7 9,8 11,3 9Д 7,6 6,1 6,4 6,0 6,2 6,8 6,5

Пролин 5,5 7,2 5,6 6,1 12,3 6,9 8,0 6,3 7,2 16,2 11,1

Сумма заменимых аминокислот 58,9 61,1 57,1 60,9 68,6 62,2 64,4 57,9 64,6 77,3 60,9

* промышленная партия

Показано, что белки рыбной муки, полученной по традиционной прессово-сушильной технологии из тою же сырья, содержат на 7,7-9,5 % меньше незаменимых аминокислот по сравнению с ферментированными кормовыми пастами, что говорит о более высокой биологической ценности разработанных кормовых продуктов в сравнении с традиционными.

Расчет аминокислотного скора белков (по шкале белка, рекомендованного для кормления сельскохозяйственных животных) (Рядчиков, 2008) (таблица 10) показал, что скор белков ферментированных паст не уступает, а по дефицитным аминокислотам (лизину, метионину и треонину) превосходит эталонный белок, что доказывает высокую биологическую ценность полученных продуктов.

Таблица 10 - Идеальный белок рациона свиней и аминокислотный скор белков ферментированных кормовых продуктов

Аминокислота Содержание в идеальном белке, г/100 г белка Аминокислотный скор, %

ФКП Бульон

Сельдь Сайра Сельдь Сайра

Лизин 7,1 (100%) 105 104 110 117

Метионин + цистин 2,3 (100%) 135 156 83 65

Треонин 4,6(100%) 106 111 94 96

Изолейцин 4,0(100%) 105 85 77 70

Лейцин 7,1 (100%) 120 117 113 106

Валин 4,8 (100 %) 100 89 87 75

Фенилаланин + тирозин 6,9(100%) 123 126 100 91

Бульоны, полученные после центрифугирования ферментолизатов из рыбных отходов, характеризуются повышенным содержанием растворимых компонентов (белков, аминокислот, минеральных веществ), что обусловливает их высокую биодоступность при использовании в животноводстве. Особенностью состава экстрактивных азотистых веществ бульонов является высокое содержание физиологически ценной сульфоаминокислоты таурина (1345,4-1633,1 мкг/г бульона) и биологически активных дипептидов карнозина и ансерина. Поэтому, с учетом рекомендаций животноводов, есть основания предполагать, что бульон должны быть использован для кормления сельскохозяйственных животных на более ранних стадиях развития.

Для обеспечения длительного срока хранения ферментированных кормовых продуктов при положительных температурах нами выбран способ химического консервирования с пиросульфитом натрия, разрешенным к применению в России и за рубежом, позволяющим хранить стабилизированные им кормовые фарши при температуре производственных помещений (плюс 20±2 °С) до 3,5

19

мес. {Кизеветтер, 1976, ОСТ 15-110-96). Результаты исследований показали, что внесение в пасты пиросульфита натрия приводит к отмиранию микрофлоры в процессе хранения, о чем свидетельствует снижение КМАФАнМ с 103 до 102 Кое/г-для паст из минтая и с 104 до 103 Кое/г- для паст из сайры, усиливающееся с увеличением продолжительности и дозировки консерванта с 1 доЗ %.

При хранении герметично упакованных паст в течение исследуемого периода (10 мес.) не наблюдается резкого роста азота летучих оснований и существенного увеличения кислотного числа: за каждые 3 мес. хранения прирост кислотного числа не превышает 3 мг КОН/г жира. При сравнении показателей перекисного числа в промышленных партиях рыбной муки из тощих (16,53 -63,75 ммоль Vi О/кг) и жирных (10,23 - 122,77 ммоль '/г О/кг) рыб (Боева, 2002) и ферментированной муки из кильки (21,00 ммоль 1А О/кг) (Сергиенко, 2006), установлено, что в пастах из отходов минтая и сайры при всех трех концентрациях пиросульфита данный показатель не превышает указанных значений, что говорит о сохранении качества продукта в течение всего 10-месячного срока.

Исследования токсикологической безопасности консервированных пиро-сульфитом натрия ферментированных кормовых продуктов (паст) методом биотестирования на Tetrahymena pyriformis показали отсутствие патологических изменений клеток простейших в средах с ферментированными кормовыми продуктами, консервированными пиросульфитом натрия, что также свидетельствует об их безопасности.

Установлено, что ОБЦ консервированных пиросульфитом натрия ферментированных кормовых паст из отходов минтая и сайры составляет 85,5-88,8 % и превышает данный показатель у образцов паст без консерванта (76,6-78,8 %) и кормового фарша из того же сырья (70,0-74,4 %).

Таким образом, в ходе исследований образцов ферментированных кормовых продуктов с пиросульфитом натрия в количествах от 1 до 3 % установлено, что достаточной концентрацией консерванта для обеспечения безопасности продукции при хранении в течение 10 мес. при температуре производственных помещений является 1 % к массе продукта.

В пятой главе «Разработка технологии ферментированных кормовых продуктов из рыбных отходов и оценка ее экономической эффективности» представлена технологическая схема получения ферментированных кормовых продуктов из рыбных отходов (рис. 6), которая позволяет получать комплекс кор-

мовых продуктов (ферментированная кормовая паста, бульон, минерально-белковый остаток — основа для изготовления минерально-белковой муки), а также технический рыбный жир (при использовании жирного сырья). Технология допускает комбинирование отходов от разделки разных видов рыб в одном технологическом цикле.

Рисунок 6 - Технологическая схема производства ферментированных кормовых продуктов из рыбных отходов

Разработанная технология прошла производственную проверку на экспериментально-технической базе ФГУП «ТИНРО-Центр». В результате была наработана производственно-экспериментальная партия ферментированной кормовой пасты и бульона из отходов минтая, которая была направлена на зоотех-

нические испытания на молодняке сельскохозяйственных животных в опытное хозяйство ООО «Ариран-Н».

Проведенные совместно со специалистами Приморской государственной сельскохозяйственной академии (г. Уссурийск) исследования показали, что добавление к традиционному концентратному корму ферментированной кормовой пасты в количестве 3-5 % от питательности рациона позволяет повысить среднесуточные привесы поросят-отъемышей на 8,8-12,9 %, снизить затраты кормовых единиц на 22,6-25,5 % и переваримого протеина на 3,8-8,4 % по сравнению с традиционным рационом, используемым в хозяйстве (таблица 11).

Таблица 11 - Затраты кормовых единиц и переваримого протеина на 1 кг прироста в группах подопытных животных

Показатели Группа

Контрольная I опытная II опытная

Средняя масса 1 головы:

В начале опыта, кг 14,9 15,0 15,0

В конце опыта, кг 76,4 81,9 84,5

Среднесуточный прирост, г 513 558 579

В % к контролю 100,0 108,8 112,9

Затрачено на 1 кг прироста:

Кормовые единицы 4,56 3,53 3,40

В % к контролю 100,0 77,4 74,5

Переваримого протеина, г 881,1 847,5 806,7

В % к контролю 100,0 96,2 91,6

10 дней 20 дней 35 дней 47 дней 60 дней Продолжительность кормления

Рисунок 7 — Динамика живой массы подсосных поросят

Ферментированный бульон в рационе подсосных поросят (в количестве 5-7 % от питательности рациона) способствует увеличению среднесуточного прироста массы на 8,5-13,3 % относительно контроля (рис. 7).

Расчеты экономической эффективности разработанной технологии показали, что себестоимость готовой продукции (пасты) в среднем в 5 раз ниже себестоимости кормовой рыбной муки, а себестоимость единицы массы

белковых веществ по разработанной биотехнологии более чем в 2 раза ниже себестоимости единицы массы белковых веществ рыбной муки традиционной технологии. Срок окупаемости проекта внедрения разработанной технологии при реализации ферментированной кормовой пасты по оптовой цене 13 руб. за 1 кг составит 1,5 года.

ВЫВОДЫ

1. Разработана ресурсосберегающая технология кормовых продуктов на основе ферментолиза отходов от разделки разных видов промысловых рыб дальневосточного бассейна, позволяющая получать комплекс кормовых (паста, бульон, минерально-белковый остаток) и технических (рыбный жир) продуктов.

2. Исследованы физико-химические характеристики мышечно-костных, липидно-белковых и костно-мышечных отходов от разделки промысловых рыб, показана их безопасность и определена биологическая ценность, которая характеризует данное рыбное сырье как источник полноценного кормового белка.

3. Рациональными параметрами ферментолиза с протосубтилином ГЗХ, едиными для разных групп рыбных отходов, являются фермент-субстратное отношение 0,5 ПЕ/г белка мягких тканей, продолжительность 40 мин, гидромодуль 0,20-0,25, температура 45-55 °С, интенсивность перемешивания среды 4060 мин"1 с последующей термической обработкой при температуре 80-85 0 в течение 10-15 мин, что позволяет условно отнести ферментированные продукты к группе пастеризованных.

4. Наилучшее разделение ферментолизатов на плотную и жидкую фракции и удаление избытка липидов с жидкой фракцией обеспечивается центрифугированием ферментолизатов на горизонтально-осадительной центрифуге (супер-декантаторе) с фактором разделения 3 500 g. При этом выход основного белкового продукта - плотного осадка (ферментированной кормовой пасты) составляет от 37,4 до 44,0 % с содержанием белка от 79,2 до 83,9 % в пересчете на сухие вещества. Отделение основной массы жира из бульонов после центрифугирования ферментолизатов из липидно-белкового сырья при отстаивании происходит в течение 2 ч.

5. Безопасность продуктов ферментолиза рыбных отходов (ферментированных кормовых паст, бульонов и минерально-белковых остатков) подтверждена результатами токсико-гигиенических, микробиологических и биологических исследований.

6. Полученные по разработанной технологии ферментированные продукты обладают высокой биологической ценностью по сравнению с кормовой рыбной мукой и кормовыми фаршами. Расчет аминокислотного скора белков паст показал, что они близки к рекомендуемому показателю для сельскохозяйственных животных.

7. Срок хранения ферментированных кормовых продуктов (паст), консервированных пиросульфитом натрия в концентрации 1 % к массе продукта, в герметичной упаковке составляет 10 мес. при температуре производственных помещений (плюс 20±2 °С).

8. Ферментированные кормовые продукты (паста, бульон) обладают высокой эффективностью в рационах молодняка сельскохозяйственных животных. Внесение в растительные кормосмеси ферментированной пасты в количестве 3-5 % от питательности рациона позволяет повысить среднесуточный прирост живой массы поросят-отъемышей соответственно на 8,8-12,9 %, сократить затраты кормовых единиц на 22,6-25,5 % и затраты переваримого протеина на 3,8-8,4 % относительно контроля. Ферментированный бульон в рационе подсосных поросят в количестве 5-7 % от питательности способствует увеличению среднесуточного прироста массы на 8,5-13,3 % относительно традиционного рациона.

9. Себестоимость единицы массы белковых веществ кормовых продуктов, полученных по разработанной технологии, более чем в 2 раза ниже себестоимости единицы массы белковых веществ кормовой рыбной муки.

10. Разработаны проекты нормативных документов: ТУ № 9283-34400472012-2012 «Паста рыбная ферментированная кормовая», ТИ №346-2012 к ТУ №9283-344-00472012-2012. Подготовлены исходные требования на экспериментальную биотехнологическую линию для производства кормовой продукции из рыбного сырья.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах Статьи, опубликованные в научных журналах из перечня ВАК

1. Ярочкин А.П., Помоз A.C. Исследование основных процессов производства ферментированных кормовых продуктов из отходов рыбопереработки // Известия ТИНРО. - Т. 168. - 2012. - С. 288-300.

2. Помоз A.C., Ярочкин А.П., Никулин Ю.П., Прудченко Л.И., Сахарова О.В. Безопасность и биологическая ценность ферментированных кормовых продуктов из отходов переработки дальневосточных рыб // Известия ТИНРО. — Т. 1682012,- С. 301-309.

Работы, опубликованные в других изданиях

3. Помоз A.C., Глушак И.М. Проблема утилизации отходов рыбоперерабатывающих предприятий и возможности ее решения // Материалы Всероссийской научной молодежной конференции-школы «Проблемы экологии морского шельфа». - Владивосток, 2010. - С. 134-140.

4. Помоз A.C., Глушак И.М. Альтернативный подход к проблеме утилизации отходов рыбной промышленности // Вклад молодых ученых в рыбохозяйственную науку России: тезисы докладов Всероссийской молодежной конференции (Санкт-Петербург, 12-14 окт. 2010 г.). - СПб., 2010. - С. 147-150.

5. Помоз A.C., Ярочкин А.П. Биотехнология получения и состав ферментированных кормовых продуктов из отходов рыбопереработки // Материалы Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья». - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011. - С. 179-182.

6. Помоз A.C., Ярочкин А.П. Эффективность использования пиросульфита натрия в консервировании ферментированных кормовых паст из вторичного рыбного сырья // Материалы Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья». — Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011.-С. 183-186.

7. Помоз A.C. Состав и свойства отходов от переработки массовых промысловых рыб дальневосточного бассейна // Научные труды Дальрыбвтуза: сборник научных статей. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2012. - Т.25. - С.116-122.

8. Помоз A.C. Эффективность биотехнологии в производстве кормовых продуктов из отходов переработки массовых промысловых рыб дальневосточного бассейна // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Инновационные наукоёмкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты» (Тула, 25 дек. 2011 г.). - Тула, 2011. - С. 147-149.

9. Помоз A.C. Экономическая эффективность технологии ферментированных кормовых продуктов из отходов от разделки рыб // Комплексные исследования водных биоресурсов: рыболовство, аквакультура, экология, переработка, экономика и управление рыбохозяйственной отраслью: материалы I Всероссийской заочной научно-технической конференции аспирантов, молодых ученых и специалистов. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2012. - С. 97-102.

10. Заявка на изобретение №2012141577. Способ производства кормовой пасты из рыбного сырья / Помоз A.G, Ярочкин All, Блинов ЮГ.; заявитель ФГУП «ТИНРО-Центр», приоритет от 28.09.2012.

Помоз Алексей Сергеевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ КОРМОВЫХ ПРОД УКТОВ ИЗ РЫБНЫХ ОТХОДОВ

Автореферат диссертации

Подписано в печать 05.03.2013. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,00. Уч.-изд. л. 1,39. Заказ 1369. Тираж 100 экз.

Отпечатано: издательско-полиграфический комплекс Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета 690091, г. Владивосток, ул. Светланская, 25

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ РЫБОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СО

10 ^ СО °

ГЧ1

На правах рукопири

ПОМОЗ АЛЕКСЕИ СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ РЫБНЫХ ОТХОДОВ

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

Диссертация на соискание ученой степени

00

кандидата технических наук

ю

^ Научный руководитель:

^ СО доктор технических наук,

старшии научный сотрудник ФГУП «ТИНРО-центр» Ярочкин А.П.

Владивосток - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ РЫБНОГО СЫРЬЯ (Обзор литературы) 10 1.1 .Традиционные технологии кормовых продуктов из рыбного сырья 10

1.2. Ферментолиз рыбного сырья как один из способов повышения качества 18 кормовых продуктов

1.3. Проблема качества и безопасности белковых кормовых продуктов для сельскохозяйственных животных 35 ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 38

2.1. Объекты исследований 39

2.2. Методы исследований 41

2.3. Постановка технологических экспериментов 45 ГЛАВА 3. НАУЧНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ РЫБНЫХ ОТХОДОВ 49

3.1. Технохимическая характеристика рыбных отходов как сырья для производства ферментированных кормовых продуктов 49

3.2. Обоснование рациональных параметров ферментолиза рыбных отходов 55

3.3. Обоснование рационального режима разделения продуктов ферментолиза рыбных отходов 64 ГЛАВА 4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ РЫБНЫХ ОТХОДОВ 68

4.1. Общий химический, минеральный состав и показатели безопасности продуктов ферментолиза рыбных отходов 68

4.2. Аминокислотный состав продуктов ферментолиза рыбных отходов 74

4.3. Изменение показателей качества и безопасности ферментированных кормовых продуктов в процессе хранения 80

4.4. Биотестирование ферментированных кормовых продуктов на показатели токсикологической безопасности и относительной биологической ценности 87 ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ РЫБНЫХ ОТХОДОВ И ОЦЕНКА ЕЕ 91

ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

5.1. Описание технологии ферментированных кормовых продуктов из рыбных отходов и ее производственная проверка 91

5.2. Зоотехнические испытания ферментированных кормовых продуктов на молодняке сельскохозяйственных животных 98

5.3. Экономическая эффективность технологии ферментированных кормовых продуктов 104 ВЫВОДЫ 115 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 117 ПРИЛОЖЕНИЯ 135

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время в отечественном агропромышленном комплексе существует проблема дефицита полноценного кормового белка. Это связано, с одной стороны, со значительным сокращением с начала 1990-х гг. объемов производства кормовой рыбной муки как основного источника полноценного белка в кормах для аквакультуры, животноводства и птицеводства. С другой стороны, это обусловлено введением ограничений на импорт, производство и использование кормовой продукции из отходов мясо- и птицеперерабатывающей промышленности из-за риска возникновения и распространения эпидемиологически опасных инфекций животных. В этой связи актуальной народнохозяйственной задачей является увеличение объема выпуска высококачественной кормовой продукции на основе комплексного и рационального использования вторичного рыбного сырья.

Известно, что традиционной технологии кормовой продукции, вырабатываемой из рыбного сырья (кормовой рыбной муке), присущ ряд недостатков, главными из которых являются дороговизна рыбомучных установок, высокие энергозатраты производства и, следовательно, высокая себестоимость готовой продукции. Применение жестких режимов термической обработки рыбного сырья при варке, сушке и выпаривании подпрессовых бульонов приводит к снижению кормовой и биологической ценности продукта. Наличие в составе муки минерализованной части (измельченной костной ткани) также снижает кормовые достоинства кормовой рыбной муки при ее использовании в аквакультуре.

Проведенные в последние десятилетия исследования в области технологий получения кормовых продуктов из отходов от переработки гидробионтов и мелких рыб показали, что применение биохимических способов обработки сырья дает дополнительные возможности для производства и использования получаемой продукции в животноводстве, птицеводстве и аквакультуре.

Вопросами повышения качества кормовой продукции из рыбного сырья, в том числе с применением биохимических способов, занимались отечественные и зарубежные ученые: Н.П. Боева, В.М. Дацун, Ю.Н. Кузнецов, М.Д. Мукатова, A.B.

Перебейнос, Р.Г. Разумовская, Е.В. Сергиенко, Т.Н. Слуцкая, Л.Я. Телишевская, М.Е. Цибизова, А.П. Черногорцев, А.П. Ярочкин, Arason S., Archer М., Goldhor S.H., Uchida Y. и другие. Анализ исследований данных авторов приводит к выводу, что применение ферментного гидролиза в технологии кормовой продукции позволяет повысить биологическую ценность продуктов и сократить энергозатраты.

В настоящее время в технологии кормовой продукции широко используются ферментные препараты микробиологического происхождения. Они имеют относительно не высокую стоимость, широкую специфичность по отношению к животному и растительному сырью, достаточно стабильны в хранении в сухом виде. К таким препаратам относятся протосубтилин, протомегатерин, флавозим, декозим и другие, которые используются в промышленности как катализаторы расщепления белков животного, в том числе рыбного сырья или как самостоятельный компонент рационов сельскохозяйственных животных и птиц, способствующий повышению усвояемости кормов.

На основании этого целью работы является разработка ресурсосберегающей технологии ферментированных кормовых продуктов повышенной кормовой и биологической ценности и длительного срока хранения из рыбных отходов, в качестве альтернативы традиционным технологиям кормовой рыбной продукции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследование физико-химических характеристик отходов от разделки основных промысловых рыб дальневосточного бассейна как сырья для производства кормовых продуктов, их безопасности и биологической ценности.

2. Разработка рациональных параметров ферментолиза отходов от разделки различных видов рыб и рациональных режимов разделения продуктов ферментолиза.

3. Исследование показателей качества, безопасности и биологической ценности продуктов ферментолиза рыбных отходов.

4. Обоснование выбора консерванта, установление срока хранения стабилизированных им ферментированных кормовых продуктов при температуре производственных помещений (плюс 20±2 °С) и определение ею эффективной концентрации.

5. Проведение производственной проверки, зоотехнических испытаний и оценка эффективности использования ферментированных кормовых продуктов в составе рационов молодняка сельскохозяйственных животных;

6. Проведение расчета экономической эффективности разработанной технологии кормовой продукции.

7. Разработка проектов нормативной документации (ТУ, ТИ) на ферментированные кормовые продукты из рыбных отходов.

Научная новизна. Определены физические характеристики измельченных рыбных отходов (плотность, насыпная масса, напряжение сдвига, динамическая вязкость), что послужило основой для расчета и подбора технологического оборудования при разработке исходных требований на экспериментальную биотехнологическую линию производства кормовых продуктов.

Впервые исследована биологическая ценность вторичного сырья от разделки дальневосточных промысловых рыб (лососевых, камбал, сельди, сайры), которая позволяет считать его источником полноценного кормового белка.

Разработаны единые рациональные параметры ферментолиза разных групп рыбных отходов, в том числе высокой жирности: фермент-субстратное отношение, продолжительность, гидромодуль, интенсивность перемешивания, последующая инактивация ферментов, которые обеспечивают максимальный выход белков в кормовую пасту.

Впервые исследовано изменение биологической ценности вторичного рыбного сырья в процессе его биотехнологической модификации при производстве копмгтых ппо ггл/ктои.

---х-----------г - .—V

Обосновано использование пиросульфита натрия в концентрации 1 % в качестве консерванта для обеспечения длительного срока хранения (до 10 мес) ферментированных кормовых паст при температуре производственных помещений.

Установлено, что сочетание ферментолиза, кратковременной термической обработки и консервирования пиросульфитом натрия обеспечивают высокую биологическую ценность и безопасность ферментированных кормовых продуктов (паст и бульонов) и минерально-белковых остатков по токсико-гигиеническим и микробиологическим показателям.

Обоснована возможность получения нескольких групп кормовых продуктов, отличающихся агрегатной формой, содержанием сухих веществ (белков, липидов и минеральных веществ) и биологической ценностью, в одном технологическом цикле.

Установлена высокая биологическая эффективность ферментированных кормовых паст и бульонов на молодняке сельскохозяйственных животных разных возрастных групп.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований.

Разработана ресурсосберегающая технология, позволяющая получать комплекс продуктов: ферментированную кормовую пасту и бульон, минерально-белковый остаток (основу минерально-белковых кормовых добавок), а также технический жир при использовании жирного рыбного сырья. Ферментированные кормовые пасты имеют длительный срок хранения (10 мес) при температуре производственных помещений.

Технология испытана на макетах полупромышленного оборудования в ООО «Технологическое оборудование» (г. Владивосток) и прошла производственную проверку на экспериментально-технической базе ФГУП «ТИНРО-центр» (приложение 1) с выпуском производственно-экспериментальной партии ферментированной кормовой продукции (пасты и бульона). Разработаны исходные требования на экспериментальную биотехнологическую линию для производства кормовой продукции из рыбного сырья (приложение 2).

Ферментированные кормовые продукты (паста и бульон) из рыбных отходов испытаны на молодняке сельскохозяйственных животных в опытном хозяйстве ООО «Ариран-Н» (с. Борисовка Приморского края), на основании чего специалистами Приморской государственной сельскохозяйственной академии даны положительные рекомендации по их использованию в кормлении свиней (приложения 3, 4 и 5).

Разработаны проекты нормативных документов: ТУ № 9283-344-004720122012 «Паста рыбная ферментированная кормовая», ТИ №346-2012 к ТУ № 9283344-00472012-2012 по изготовлению пасты рыбной ферментированной кормовой (приложения 6 и 7). Подготовлена заявка на изобретение «Способ производства кормовой пасты из рыбного сырья» №2012141577 и получен приоритет от 28.09.2012 (приложение 8).

Расчет экономической эффективности технологии показал, что себестоимость единицы массы белковых веществ в ферментированной кормовой пасте более чем в 2 раза ниже, чем в рыбной муке. Разработанная технология кормовой продукции применима как для малых объемов сырья (до 2 т в сутки), так и для крупномасштабного производства. Результаты исследований внедрены на ООО «Дальреммаш» (г. Хабаровск) при разработке бизнес-плана инновационного проекта «Опытно-промышленная линия биотехнологической переработки отходов от разделки рыбы для получения кормовой продукции производительностью до 20 т/сутки по сырью» (приложения 9, 10).

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены и обсуждены на всероссийской научной молодежной конференции-школе «Проблемы экологии морского шельфа» (Владивосток, сентябрь 2010 г.); всероссийской молодежной конференции «Вклад молодых ученых в рыбохозяйственную науку России» (Санкт-Петербург, октябрь 2010 г.); международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья» (Владивосток, 2011); всероссийской научно-технической конференции «Инновационные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты» (Тула, декабрь 2011 г.); 4-й ярмарке научно-технических идей и законченных научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок в области сельскохозяйственного производства (Владивосток-Уссурийск, 2012 г.), а также на технических секциях Ученого совета ФГУП «ТИНРО-центр» и заседаниях кафедры «Технология продуктов питания» ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз» в период с 2009 по 2012 гг.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 10 печатных работах, в том числе двух статьях в издании, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, одной заявке на патент РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 134 страницах основного текста, содержит 43 таблицы, 15 рисунков, 11 приложений. Список литературы включает 193 наименования, из них 26 источников на иностранном языке.

Научные положения, выносимые на защиту.

- Для получения кормовой продукции из мышечно-костных, липидно-белковых и костно-мышечных отходов от разделки промысловых рыб применим унифицированный температурно-временной режим ферментолиза с протосубтилином.

- Ферментная модификация вторичного рыбного сырья обеспечивает получение кормовых продуктов разного состава и биологической ценности, для которых рекомендован дифференцированный подход к использованию в животноводстве.

- Эффективность кормовых продуктов, полученных на основе ферментолиза рыбных отходов, выражается в увеличении привесов опытных животных, снижении затрат кормовых единиц и переваримого протеина относительно контрольной группы

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ РЫБНОГО СЫРЬЯ (Обзор литературы) 1.1. Традиционные технологии кормовых продуктов из рыбного сырья

В настоящее время отходы, образующиеся при разделке рыбы, и мелкий прилов, главным образом, направляют на производство кормовой муки, и лишь незначительное их количество используется для приготовления кормовых фаршей {Куликова, 1971, Сафроноеа и др., 2002).

Технология производства кормовой рыбной муки заключается в измельчении рыбного сырья, варке, отделении влаги и жира с последующей сушкой плотного продукта и измельчением получаемой сухой массы.

По использованию технических средств технологию рыбной муки можно классифицировать на способы: прямой сушки, прессово-сушильный, центрифужно-сушильный и экстракционный, каждый из которых имеет как свои преимущества, так и недостатки {Исаев, 1985, Сафроноеа и др. 2002).

Наиболее простым является способ прямой сушки, при котором разваренная рыбная масса обезвоживается в вакуумных сушилках. Этот способ неприемлем для использования рыбного сырья с высоким содержанием жира (более 5 %) и отходов с высоким содержанием коллагена (кожи минтая и др. рыб), и отличается повышенным энергопотреблением, поскольку испарению подвергается почти вся вода, находящаяся в сырье {Исаев, 1985).

Наибольшее распространение имеет прессово-сушильный способ производства кормовой рыбной муки, при котором разваренная рыбная масса подвергается прессованию, после которого получают плотный продукт - жом, с содержанием воды 50-55 %, и подпрессовый бульон с последующей сушкой жома {Исаев, 1985). Из подпрессового бульона плотные вещества и жир могут быть отделены на центробежных аппаратах различных типов или с использованием мембранной техники {Боева и др., 1988, Кузнецов и др., 1989, Боева и др., 1995).

Основными недостатками прессово-сушильного способа являются высокие энергетические затраты из-за необходимости применения выпарных установок для

подпрессовых бульонов и пониженный выход муки при их отсутствии. Потери муки в случае слива бульонов превышает 2 % (Эртелъ, 1959, Сафронова и др., 2002).

Центрифужно-сушильный способ производства кормовой муки является модификацией прессово-сушильного, в котором вместо шнековых прессов применяются трехфазные центрифуги, разделяющие получаемую после разваривания сырья пульпу на плотную часть, клеевый бульон и жир. Плотная часть имеет меньшее содержание жира, но большее содержание воды (60-65 %) по

г

сравнению с жомом после прессования, что обуславливает несколько большие энергозатраты при его обезвоживании по сравнению с прессово-сушильным способом {Исаев, 1985). Использование осадительных центрифуг позволяет обрабатывать сырье высокой жирности, с ослабленной консистенцией и большим содержанием воды {Романов, 1973, Исаев, 1985), то есть устранить недостатки, присущие прессово-сушильной технологии кормовой рыбной муки {Кристенсен, 1970,