автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологий глубокой переработки рыбного шкуросырья для получения коллагена, гиалуроновой кислоты и готовых кож

005060739

На правах рукописи

ХАУСТОВА Галина Александровна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РЫБНОГО ШКУРОСЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛАГЕНА, ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ И ГОТОВЫХ КОЖ

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

6 Ш] ¿013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2013

005060739

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО («Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Антипова Людмила Васильевна (ФГБОУ ВПО «Воронежский государствен ный университет инженерных технологий»)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Фатыхов Юрий Адгамович (ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»)

кандидат технических наук, старший преподаватель Косеыко Инна Сергеевна (ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный агроушшерситет им. императора Петра Ь> (г. Воронеж)

Защита состоится «21» июня 2013 года в 14 часов 00 минут на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.04 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, в конференц-зале.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю совета Д212.035.04.

С д иссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий». Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайге Министерства образования и науки РФ по адресу vak2.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» vwvw.vsuet.ru «21» мая 2013 г.

Автореферат разослан «21» мая 2013 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени ^

доктора наук ^/(¿^¿^ — М.Е. Успенская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие прудового рыбоводства и аквакультуры в настоящее время является перспективными направлениями развитая рыбного хозяйства, что подтверждается документами: «Водная стратегии Российской Федерации на период до 2020 года», «Стратегия развитая рыбохозяйсгеенного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года », федеральной целевой программой "Повышение эффективности использования и развитие ресурсного потенциала рыбохозяйсгеенного комплекса в 2009 - 2013 годах" и рада датах. По прогнозам Министерства сельского хозяйства в Воронежской области, производство товарной рыбы к 2014 г. вырастет на 28,6 %, по сравнению с д анными 2011 г., и составит 3500 тыс. т. Увеличение объема вылова рыбы еще острее ставит вопрос о глубокой переработке вторичных продуктов разделки (шкуры, кости, плавники, чешуя и тд.), которые чаще всего выбрасывают на свалку, а, в лучшем случае, перерабатывают на кормовую муку или продают в качестве органических удобрений с/к организациям. Однако, например, шкуры можно рассматривать как полноценное сырье для получения биополимеров белковой (коллагешвые препараты) и углеводной (гиалуроновая кислота) природы и готовых кик. Коллагеновые препараты и шалуроновую кислоту (ТУК) до сих пор получали го животного сырья (спилок шкур КРС, гребни гтшцы), но в настоящее время, в целом, Россия им-поргозависима; у ггшц - бройлеров гребней практически нет, а выделение ГУК из пупочных канатиков и синовиальной жидкости дорого для широкомасштабного использования. В то я® время шкуры трудовых рыб - местный биоресурс, могут служить новым перспективным источником получения данных биополимеров.

Исследования в области комплексного подхода к глубокой переработке пщ-робионгов развиты в работах Аншповой Л.В., Андреева МП, Боевой НИ, Васильевой ДМ, Ершова А.М., Ибрагимовой ОГ.,Касьяшва Г.И., Килапзе А.Б., Одинцова А.Б., Разумовской РГ., Розанцева ЭГ., Сапожниковой А.Й, Сафронова Т.М., Сколкова С. А., Снежко АГ. и др. _

Исследования по теме диссертационной работы выполнялись в соответствии с тематикой НИР кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» «Технология живых систем в экологически безопасном ресурсосберегающем производстве и переработке животного сырья» (2011 - 2015 гг. № гос. регистрации 01201121009).

Сотрудниками кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья (исполнитель Хаусгова ГА, руководитель Антпова ДВ) был выполнен НИОКР «Новые объекты пресноводной аквакультуры для расширения сырьевой базы кожевенной промышленности» в рамках содействия финансированию малым формам предприятй в научно-технической сфере «УМЛИ.К» на2010-2012 гг. (гос. юшракг№ 7472р/10212 от 29.012010).

Диссертационное исследование соответствует п. 2 и п. 4 паспорта специальности 05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ».

Цель работы - расширение направлений использования шкур и ассортимента продуктов го прудовых рыб посредством методов биотехнологии.

В рамках поставленной цели были сформулированы и решались следующие основные задачи:

- обоснование выбора сырья, характеристика химического состава рыбных шкур как источника биологических активных полимеров;

- топографические и шстоморфолошческие характеристики рыбного шкуро-сырья;

- анализ белковой и углеводной фракций шкур;

чзбоснование параметров и режимов обработки шкур для получения коллагенов, ГУК, готовых кож;

- исследование ферментной обработай, оптимизация комбинированной ферментной системы для получения готовых кож;

- -идентификация и исследование свойств коллагенов, сорбциоппая емкость;

- идентификация и исследование свойств гиалуроновой кислоты;

- показатели качества готовых кож и технологии их выработай;

- разработка практических рекомендаций по реализации частных технологий по использованию полученных биополимеров и технической документации на новые В1зды продукции;

- оценка экономической эффективности новых технических решений, апробация результатов в производственных условиях.

Научная новизна.

Впервые использованы рыбные шкуры как источник получения гиалуро новой кислоты.

Уточнен фракционный и аминокислотный составы белков шкур, проведены морфологические исследования для идентификации белковых веществ.

Выбраны ферментные препараты, обоснованы условия, параметры и режимы ферменп плх технологий для получения коллагенов и готовых кож с заданными физико-химическими свойствами.

Обоснованы режимы новой комплексной технологии коллагенов, гаапуро-новой кислоты и готовых кож из шкур прудовых рыб, проведена комплексная оценка их свойств.

Подтверждено предпочтительное действие лимонной кислоты на степень растворения коллагена по сравнению с уксусной кислотой.

Показана возможность сорбции антибиотиков на белке-коллагене.

Практическая значимость. Определены параметры ферменгапшной очистки шкур от балластных примесей и параметры целенаправленной деструкции белков соединительной ткани с получением коллагена с высоким уровнем функционально-технологических свойств и готовых кож с высокими прочностными показателями.

Показано положительное влияние полученного коллагена на свойства фар-шевых систем с повышением их функционально-технологических свойств.

Разработанные технологии прошли промышленную апробацию на предприятии отрасли ВООИ «Синтез» и показали целесообразность и практическую зшчи-мость с эффектом снижения себестоимости выпускаемой продукции, повышением рентабельности производства за счет вовлечения невостребованного сырья в цикл производства продукции пищевого назначения. На новые виды продуктов разработаны проекта техничесюй документации -ТУ 9261 -001 -02068108 - 2012-«Кожи рыбьи готовые», 1У 9283-001-02068108-2012 - «Субстанция кошвгеновая 2 % - я», ТУ 9285 -001-02068108 - 2012- «Кислота гиалуроновая из рыбных шкур».

Основные положения выносимые на заиппу.

- Свойства свежих (нативных) шкур прудовых рыб;

- Технология получения гиалуроновой кислспы и ее свойства;

- Получение коллагенов, их свойства;

-Технология получения готовых кож с применением экстракта га внутренностей прудовых рыб, их прочностные характеристики.

Апробашта работы. Основные положения и результаты диссертационно» работы доложены и обсуждены в период 2009-2012 г. на ежегодных отчетных тучных конференциях Воронежского государственного университета инженерных технологий; международных и всероссийских тучно-технических и научно-пракшческих конференциях: «Современные проблемы науки и образования» (Москва, 2009); «Молодежная наука - пищевой промышленности России», (Ставрополь, 2009); «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности (приоритеты развил и)» (Воронеж 2009); «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010); «Biotechnology and the Ecology of Big Cities» (New York, 2010); «Современные проблемы и перспективы рыбохозяи-ственного комплекса» (Москва, 2011); «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развили» (Воронеж, 2011); «Биология. Наука XXI века», (Пущино,2012); «Российская аквакультура: состояние, потенциал и инновационные производства в развитии АПК» (Воронеж, 2012); «Производство продуктов для здоровья человека-как составная часть наук о жизни» (Воронеж, 2012) и др.

Разработки экспонировались на научно-технических выставках: 26 межрегиональной специализированной выставке «Продгорг» (Воронеж, 2009); конкурсе инновационных проектов «Воронежский агропромышленный промышленный форум» (Воронеж, 2009); коллективных кафедральных экспозициях; также награждены дипломами: диплом победителя форума ПРОРЫВ (Москва, 2009 г); диплом лауреата молодежного научно-инновационного конкурса среди студентов, аспирантов, молодых ученых (Воронеж, 2009 г); диплом победителя конкурса наукоемких инновационных идей и проектов в области технических наук «Конкурс инноваций» (Воронеж, 2012 г) и др.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 30 работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ № 2425893 «Способ получения дубленого полуфабриката из шкур всех видов пресноводных рыб». _

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, oö-зор литературы, характеристику объектов и методов исследований, три главы экспериментальной части, выводы, список использованных источников и приложения. Работа содержит 261 страницу машинописного текста, в том числе 95 страниц приложений, 42 таблицы, 63 рисунка Библиография включает 169 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введешя! обоснована актуальность темы и определены основные направления исследований.

Глава 1. Аналитический обзор литературы.

Осуществлен аналитический обзор литературных данных, касающихся опыта применения рыбного шкуросырья в различных отраслях народного хозяйства Приведены современные сведения об источниках, структуре, свойствах, функциях гиалуроновой кислоты и коллагенов различных типов, а также о методах их идентификации и анализа. Цроанализированы зарубежные и отечественные методы выделения и очистки гиалуроната и коллагеновых продуктов, в том числе с применением методов биотехнологии.

Показана целесообразность дальнейшего изучения возможности применения протеалитических ферментных препаратов для получения коллагенов с заданными свойствами.

Выявлено, что гиалуроновую кислоту ранее не вьщеляли из рыбного сырья, имеется мало информации о возможности применения различных органических кислот для получения продуктов растворения коллагена (ГТРК).

Глава 2. Экспериментальная части Объекты н методы исследований.

Объектами исследования служили:

- шкуры половозрелых рыб: толстолобика, карпа, щуки. Возраст рыб 3-4 года, масса 1 - 3 кг (масса толстолобика в среднем 2,0 - 3,0 кг на один экземпляр. Щуки -1,5-2,5 кг, карпа 1,0 - 1,5 кг). Для получения готовых кож использовали шкуры размером не менее 60 см2 без видимых троков (прирези мяса, жировая гарь) и механических повреждений (разрывы, дыры, выхваты, отсутствие частей). Шкуры с меньшей площадью и/или имеющие видимые повреждения, применяли для получения коллагена и гиалуроновой кислоты.

- ферментные препараты: протосубгилин Г Зх, панкреатин, амилосубшлин Г Зх, протспсин, а также экстракт внутренностей прудовых рыб.

Экспериментальные исследования проводили в условиях НИЛ кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья, кафедры технологии макаронных, кондитерских и хлебобулочных производств; кафедры пластмасс и эластомеров, аналитического центра Воронежского государственного университета инженерных технологий; кафедры аналитической химии Воронежского государственного университета, межкафедральной НИЛ Воронежского государственного агроуниверситета им. императора Петра! Анализ химии ческою состава исследуемых объектов в лабораторных и производственных условиях проводили в соответствии с действующей нормативной документацией: массовую долю влаги по ГОСТ 9793-74; жира - методом Сокслега по ГОСТ 23042-86; золы - по ГОСТ 15113.8-77; белка-методом Кьельдаля го ГОСТ 23327-78 с предварительной минерализацией проб. Гистоморфологи-ческие исследования проводили по ГОСТ Р 50372. Прагеолигическую активность определяли модифицированным методом Ансона.

Идентификацию продуктов и сорбционные свойства коллагена определяли методом инфракрасной спектроскопии на многофункциональном ИК-спектро-фотометре Specord М-80 (Германия) и Vertex-70 в диапазоне 4000-400 см"1. Оценку безвредности и биологической активности гиалуроновой кислоты и коллагена на тест-культуре Paramecium caudatum (Бузлама B.C. и да., 1997). Испытание кожи рыб на растяжение по ГОСТ 938.11, на раздирание по ГОСТ 938.19. Моделирование рецептуры и ошимшацию процессов осуществляли, соответственно, про-

граммами «Generic 2.1» и «STAT1STICA». Порядок проведения экспериментов, объекты и методы исследований представлены на рис. 1.

Ферментные препараты

—и

Выбор, обоснование применения

Объекты исследования dp

Шкуры прудовых рыб -

зж:

Физико-химические свойства, подбор дозировки

Оценка состава и свойств свежей (нативной) шкуры

Биомодификация компонентов шкур рыб

-т-

Получение коллагена

Выделение ГУК

Получение готовых кож

ИК-спектроскопия

Идентификация структуры

Коллаген

Комплексная оценка качества

Органолептические показатели

Физико- химические показатели

Безвредность и биологическая активность

Функционально-технологические свойства

Сорбционная емкость

Гиалуроновая кислота

Готовая кожа

I "

Прочностные и эксплуатационные показатели

Физико-механические показатели

Разработка рекомендаций по применению в различных отраслях_____

Производственная апробация

Оценка экономической эффективности технологий^

Разработка технической документации

Рисунок 1. - Схема экспериментальных исследовании

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ СВЕЖИХ ГНАТИВНЬШ И1КУР ПРУДОВЫХ РЫБ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ИХ ОБРАБОТКИ

Имеющаяся информация о массовом, химическом и аминокислотном составах вторичных продуктов разделки рыб показывает, что шкуры характеризуются

^.г»*4 ^¡Х^ ° Влага И Жир

Г1 „ п ч___

Рисунок 3 - Химический состав шкур прудовых рыб

многошмпонентностью состава, часть из этих компонентов в соответствии с задачами работы необходимо удалять (альбумины, глобулины, липиды). Для оценки

потенциальных возможностей шкур рыб в промышленном производстве уточнен их химический состав (рис.З). Массовая доля влаги в шкуре рыб от 73,0% для карпа до 76,9% дли толстолобика, что вполне определяет требования к ее хранению и условиям переработки с точки зрения санитарно-гигиенических и микробиологических показателей. Массовая доля белка варьирует от 163% для толстолобика до 18,63 % у щуки; жира - 4,9 % для щуки до 7,4 % у карпа; золы, а, следовательно, минеральных веществ, от 1,4 % для толстолобика до 1,79 % у карпа.

Фракционный состав белков шкур прудовых рыб (рис.4) представлен, в основном, щелочераство-римыми белками. Это объясняется высоким содержанием аспарагино-вой и глутаминовой кислот и высоким содержанием глицина и аланина, что свидетельствует о том, что шкуры содержат в белковой фракции в качестве превалирующего компонента колпа-геновые белки. Щелочерастворимая фракция почти на 90 % представлена соединительнотканными белками, главным образом, коллагеном, который необходимо получать в наиболее чистом виде. В связи с этим целесообразно определение содержания коллагена в шкуре прудовых рыб. Содержание углеводов и углеводно - белковых комплексов в шкурах (в пересчете на гексозы, % абсолютно СВ)-1,8-2,3.

1

е>К-«|я» О Щуки

Рисунок 4- Фракционный состав шкур прудовых рыб

Топографиче-скииучасток шкуры^ 10) Толщина, мм

карп толстолобик щука

Спинная часть 0,7 ±0,2 0,4 ±0,12 0,55± 0,15

Брюшная часть 0,45 ±0,15 0,35 ±0,1 0,41 ±0,15

Хвостовая часть 0,58 ±0,15 0,46 ±0,1 0,53 ±0,15

Толщина шкуры рыбы неоднородна и зависит от топографического участка (табл. 1). Превышение толщины в спинной части над брюшной можно объяснил» разной биомеханической нагрузкой, которая накладывается на различные топографические участки рыбы. Микрсхлруктурный анализ применяли для изучения особенностей строения шкур исследуемых ввдов рыб и идентификации коллагеновых структур в них.

а -эпидермис, б- дерма, в - фрагменты рыхлой соединительной ткани, г- волокна коллагена

Рисунок 4-Структура дер- Рисунок 5-Структура дермы Рисунок 6- Структура

мы и подкожной клетчатки и подкожной клетчатки «матраца» брюшного

бокового¡участка шкуры брюшного участка шкуры участка шкуры толстоло-

карпа. Окр Гематокс щуки Окр гематоксилин- бика. Окр. Гематокси-

илин-эозин. Ув. х 100 ' эозин Ув х 100. лин-эозин. Ув. х 40

В препарапах шкур рыб хорошо просматривается структура дермы и подкожной клетчатки. Дерма характеризуется параллельным ориентированием коллагеновых пучков соединительной ткани. Коллагеновые волокна проходят во всех направлениях, однако, преимущественно наклонно по отношению к эпидермису или параллельно к поверхности тела, также следует отметить наличие мощных отложений пигмента на границе дермы и подкожной клетчатки. В препаратах нативной шкуры карпа (рис.4) видно, что дерма состоит из очень толстых пучков коллагеновых волкон, идущих параллельно поверхости дермы. В верхней части, составляющей порядка 11 % толщины дермы, волокна несколько тоньше (5,5± 0,5 мкм) и эта часть без резкой границы переходит в нижнюю с очень толстыми пучками волокон (15±4,5 мкм). Строение дермы умеренно рыхлое. В препаратах тканей щуки (рис. 5)также выявлялась чёткая структура дермального слоя и рыхлой соединительной ткани подкожной клетчатки. Это связано с тем, что эпителиальный слой тонкий, слабо связанный с дермой, легко удаляется при механическом воздействии. Дерма сложена из очень плотно уложенных тонких пучков коллагеновых волокон, сеть эластиновых волокон - рыхлая (слаборазвитая), достаточно равномерно распределенная в толще дермы. При большем увеличении в шкурах прудовых рыб наблюдается строгая ориентация структурных элементов по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Такая структура похожа на «прошитый матрац», и характерна для дермы большинства видов рыб. Такая конструкция позволяет при малой толщине обеспечить высокие прочностные показатели кожных покровов рыб (рис. 6). Полученные данные также доказывают высокое содержание в шкурах прудовых рыб белка — коллагена, выделение которого представляет повышенный интерес, ввиду возможности использования в различных отраслях промышленности.

При получении белковых продуктов и готовых кож, где конечной целью является максимальное разрушение первичной структуры белков независимо от их вида, наиболее эффективным является применение ферментных препаратов широкого спектра действия. Из числа отечественных наиболее подходящими по ценовому признаку, уровням активности и областям стабильности следует считать ферментные препараты микробного и животного происхождения: прото-субталин Г Зх, панкреатин, амилосубтилин Г Зх, протепсин. Также нами было

проанализировано влияние экстракта, полученного из внутренностей прудовых рыб, который, по данным ученых ВГУИТ (проф. Слободяник B.C., Мурекомбан-зе А., 2009 г), обладает высокой прогеолитнческой активностью. Для этого внутренности измельчали и вели экстрагирование при соотношении с водой 1:6.

Таблица 2 - Физико-химические ха рактерисгики ферментных препаратов

Наименование Протшлшическая активность, ед/г Оптимум действия

РН Темпераг/ра, "С

Панкреаган 220 5 38

Проносубтшшн ГЗх 48 7 38

Прогепсин 42 5 45

Амилосубгилин ГЗх 23 5,5 50

Внутренности пруд овых рыб* 182 7 35

Дозировку ферментных препаратов определяли по накоплению водорастворимых продуктов гвдролиза в жидкой фракции гидролизатов коллагенсо-держащего сырья. Для протепсина максимальным значением является 0,6 % к массе сырья, для протосубтилина ГЗх - 0,3 % к массе сырья, для панкреатина -0,5 % к массе сырья, для амилосубгилина ГЗх - 0,8 % к массе сырья.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛАГЕНОВ, ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ И ГОТОВЫХ КОЖ ИЗ ШКУР ПРУДОВЫХ РЫБ Подбор методов и оптимальных условий получения гиалуроновой кислоты и очищенных коллагенов представляет собой задачу', обуславливающую селективное выделение целевых компонентов - ГУК и коллагена, связанное с разрушением белково-углеводных и белкою-лишадных комплексов сырья и удалением сопутствующих углеводов и липидов.

В предлагаемой модифицированной схеме получения гиалуроновой кислоты новым является выбор сырьевого источника, параметры водного экстрагирования и осаждения.

В процессе водного экстрагирования значительное влияние на выход ГУК оказывает температура (рис. 7). Отмечено, что при достижении температуры 40 °С наблюдается максимальный выход биополимера, причем, дальнейшее увеличение температуры не приводит к существенному изменению выхода ГУК, но создает условия для развития денатура-ционных и коагуляционных процессов, снижающих чистоту и качество препарата. Кроме того, повышение температуры выше 40 "С приводит к невозможности дальнейшего получения коллагена, так как температура сваривания коллагена дермы рыб порядка 55 - 58 "С. Температура ниже 40 °С снижает полноту экстрагирования, замедляя весь технологический цикл.

Температура^ Рисунок 7- Влияние температуры на выход ГУК

Экстрагирование проводили при температуре 40 - 45°С и ж.к. 2 в течение 40 мин с периодическим помешиванием. Затем жидкость несколько раз декантировали и отфильтровывали. Твердая фракция пригодна для выделения коллагена, гиалуроновую кислоту в жидкой фракции осаждали этиловым спиртом с массовой долей 96 %. На этой стадии важно определить рациональный объем органического растворителя, для этого исследовали показатель вязкости раствора. Известно, что чем выше концентрация ГУК в растворе, тем выше будет значение вязкости (рис.8).

Результаты исследований изменения вязкости раствора гиалуроновой кис-

« 2,9 —- ——- лоты от количества внесенного

* 2,8 • у' ^"ч—- этилового спирта показывают, что

8 1,1" максимальный выход препарата

I ' ~ " наблюдается при соотношении

2(4____юдный раствор : спирт равном

, 15 2 2,5 з 3,5 1:1,5. Дальнейшее увеличение Соотношение спиргвода, % объема спирта к увеличению вы-

Рисунок 8 - Влияние объема осадителя хода продукта не приводит, а О&Ь-

на выход гиалуроновой кислоты

емы, менее вышеуказанных - не дают полного осаждения. ГУК в осажденном виде представляет собой клубочки и нити белого цвета. Биополимер можно отделить от жидкой фазы декантацией, сушкой или растворением в физиологическом буферном растворе. В целях уменьшения себестоимости биопрепарата от операции осаждения можно отказаться, т.о. после отделения твердой коллагенсодержшцей фракции, жидкую фракцию ГУК подвергнуть сушке.

Конечный продукт представляет собой белый аморфный порошок, хорошо растворимый в воде. Выход биопрепарата - 10 % к сухой массе сырья, то свидетельствует о целесообразности применения шкур прудовых рыб в качестве сырья для вьщеления гиалуроновой кислоты.

Для разработки модифицированной технологии вьщеления коллагена было исследовано влияние физико-химических и биотехнологических методов модификации на структуру коллагеновых белков. Отбеливание шкур осуществляли раствором пероксида водорода с добавлением хлористого натрия. Было выявлено, что применение 3% раствора перокседа водорода обеспечивает наибольший выход коллагена, максимум набухания происходит через 12 ч после начала инкубирования при дозировке хлористого натрия 10 %. За тот же период времени образцы сырья поппощают порядка 40 % от исходного количества пероксвдно-солевога раствора и отбеливаются. Для исследования условий химической модификации образцов сырья под воздействием на них органических кислот различных концентраций, определяли максимальную степень набухания сырья и оптимальное соотношение применяемых реагентов в различных концентрациях (табл. 4).

Анализ данных говорит- о том, что наилучшие результаты дает применение

Z-

Таблица 3 - Динамика набухания шкур рыб в растворах органических кислот

лимонной кислоты 7%-й концентрации при продолжительности обработки 24 ч.

Изучение условий биомодификации полученного коллагена под действием ферментного препарата протеалишческого действия протосубшлин Г Зх, показало, что наилучшие результаты достигнуты при дозировке 03 % к первоначальной массе шкур в виде раствора при постоянном уровне остальных факторов: температура (3!Ш) °С, продолжительность 2ч, ж. к. 3.

Удаление балластных белковых фракций и разрыхление структуры соединительной ткани возможно при использовании смеси гидроксида натрия и пероксода водорода, данный прием успешно апробирован ранее по отношению к гольевому сптшку шкур КРС (АН Сагож-никова и др, 1997 г). Данный способ был применен к рыбным шкурам: образцы шкур погружали в растворы (композиционные смеси), концентрацию гидроксида натрия подбирали экспериментально, концентрацию пе-

Кислота Ко нц ,% Время набухания, ч

0 | 4 | 24 | 72 | 76

Масса шкурок, г

Уксусная 1 10 11,3 14,5 13,3 14,7

3 10 13,6 17,6 16,1 16,3

5 10 13,7 17,9 16,4 16,5

7 10 17,5 21,7 21,4 21,4

10 10 15,6 13,9 11,0 11,2

Лимон пая 1 10 11,2 15,1 15,8 16,1

3 10 17,2 24,9 21,0 21,5

5 10 18,8 23,9 23,8 24,0

7 10 19,0 24,0 24,3 24,5

10 10 17,8 21,3 24,6 24,7

Ас-кор-бино новая 1 10 10,2 11,8 12,8 13,1

3 10 11,1 13,9 15,6 15,8

5 10 13,8 16,8 18,4 18,2

7 0 4,5 8,4 9,5 19,1

10 0 6,9 1Д 1,6 21,5

роксвда водорода оставили также как для кислотного способа - 3 %, экспериментально установили, что оптимальным соотношением компонентов является КаОН : Н202 = ?*-3, продолжительность обработки 2 ч. Преимуществом данной технологии является возможность последовательного извлечения из рыбьих шкур ГУК и коллагена за один технологический цикл (рис. 9).

| Приемка, сортировка шкур прудовых рь Очистка шкур от ч|.шуи и прирезей мяса

Промывка холодной проточной водой (т=30 ьтнХ отжим -V-

Измельчение на^волчке (¿=2-3 мм!

1

[

Воднаязксгоакния (т=^Ю-45минуг,=40-45 °С) |

ЦТ

Фильтрование

ЛГ

Жидкая фзакция

Твердая фракция

„______% этиловым спиртом

(вода : спирт = 1:1,5)

у --

Фильтрование Сушка на воздухе

Пероксвдно-щелочной гидролиз (3 %-й р-р НЛ, 3 % -й р-р №ОН; №ОН: 1Ь02^7-У,кк =4,т = 2 ч.)

Конечный продукт - ГУК

Нейтрализация (3 %-й раствор борной кислоты, т = 10 мин1

Центрифугировшие (т = 10 мин)

Ферметшивный п щюлиз протосубга-лином Пх а=38^0 "С; т=1,5-2 ч; ДРви-швкаО3% к массе^ырья, ж к =24)

Прох!ьшкапроточнс^водой(-с=30 мин)

| Центрифугирование (т = 10 мин)

Сушка(т= 12 ч,1=18-20°С) Растворение в 7%-м р-ре лимонной кислоты, 1=48-60 ч Замораживание Л= -18—20°С)

Гомогенизация

Конечный продукт - коллаген

Рис. 9 - Схема последовагельного извлечения из одной навески рыбных шкур ГУК и коллагена Для идентификации структуры выделенных продуктов нами был изучен их спектр поглощения в инфракрасной области (рис. 10).

На рис 10 представлен спектр с полосами поглощения, характерными для мукополисахарцдов: в области 3300 - 3350 см"1 расположена широкая и интенсивная полоса валентных колебаний связанных ОН-групп, в области 2800—3000 см"1 (2930 см"1) находятся полосы валентных колебаний СН-групп, для области 1750-1650 см"1 (1660 см"1) характерно сильное поглощение карбонильной группы -С = О не-ионизированных и ионизированных

/

!

зж» ?

Рисунок 10 - Характеристические полосы поглощения ГУК

кислот (для карбонильной группы наличие полос в приведенной области должно дублироваться наличием соответствующих полос валентных и деформационных колебаний -ОН-групп и валентных -С-О колебаний в области волновых чисел 1100 - 1200 см"1), в области 1400—1450 см"1 (1410 см"1 расположены полосы плоских деформационных колебаний CH-rpyrm; область 1000—1100 см 1 (1045, 1095 см'1) характеризует полосы колебаний скелета молекулы. Другими словами, ИК-спектр полученного продукта мало отличается от спектра других полисахаридов, что позволяет идентифицировать в данном образце гиалуроновую кислоту.

В ИК-спектре второю выделенного образца (рис.11) проявляется полоса в области 3300-3350 см" и две основные полосы поглощения — амида I (1650 см") и амида П (1550 см"), что характерно для коллагена. Такая большая стабильность частоты, независимо от конформации, объясняется, по-видимому, тем, что основные параметры пептидной водородной связи (и главным образом расстояние N...O) во всех этих структурах остаются приблизительно постоянными. В спектре поглощения наблюдаются полоса в области 1640 см"1, представляющая собой характеристическую частоту колебаний шиффовых оснований в тройной спирали молекулы коллагена, а также полосы в областях 2926, 2856 см и в области 1750- 1550 см". Наличие последних обусловлено так называемыми колебаниями кратных связей СО, CN, СС.

На кафедре пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ВГУИТ была разработана и запатентована технология выделки шкур прудовых рыб с использованием ферментных препаратов (2009 г.): липоризин ГЗх, протосуб-талин ГЗх, колпагеназа Параметры обработки оптимизировали с помощью триграммы STATTSTICA.

.Í700 3*00 29ÜO

Рисунок 11 - Характеристические полосы поглощения коллагенового продукта

Рисунок 12 - Графики зависимости дозировки ферментных препаратов от параметров ведения процесса: а) температуры (Х3) и рН (Х2) и б) рН (Х2) и продолжительности (Х4)

Выявлено, что оптимальное количественное соотношение ферментов в комбинированной ферметной системе составляет соответственно: липоргоин Г Зх (А) -0,513; протосубтилин Г Зх (В) - 0,314 и коллагеназа (С) - 0,173, при этом оптимальными параметрами для комбинированной ферментной системы являются: рН х2=7,35; температура х3=40 °С и продолжительность процесса х^=2,5 ч. Получены уравнения зависимостей между дозировкой ферменгаых препаратов -Хь рН - Х2, температурой -Х3> и продолжительностью процесса - Х4 (Рис. 12), которые позволят, задавая параметры, рассчитать величин дозировки ферментных препаратов.

Изучена возможность замены ранее используемых ферменгаых препаратов на другие: протепсин, амилосубтилин ГЗх и экстракт внутренностей прудовых рыб. Также применили отмоку в отваре трав для частичного удаления рыбного запаха (травы содержат в своем составе вещества- танниды, обработка которыми придает коже дополнительную прочность, подготавливая к операции дубления), хромовое дубление и провели отделочные операции.

Технический результат заключается в повышении качества готовой продукции за счет расширения функциональных возможностей вторичного сырья,

полученного при разделке прудовой рыбы, реализации безотходной технологии глубокой переработки вторичных продуктов, значительного сокращения продолжительности технологического процесса (за счет использования хромого дубителя) и дополнительной возможности использования промывных вод на каждой технологической операции, так как они обогащены продуктами гидролиза биополимеров.

Приемка, сортировка шкур прудовых рыб

ж:

Отмока в 0,03 % -ом отваре трав (4,5 - 5 % хлористого _натрия, 0,1 % антисептика, т = 4 - 6 ч)_

Обработка 1%-ым моющим средством (т = 30 - 40 мин, 1 = 15 - 18 °С)

Ж

\ Промывка в холодной проточной воде (т = 5 - 10 мин) |

Обработка комбинировмной'фермектой системой: экстракт

внутренностей (кратность разведения 1:6), прспепсин: ами-

лосубгилинГЗх= 1:1,13((=40-45сС;т=1,5-2ч;яск.=24) — .ф,

| Промывка в холодной проточной воде (т = 5 -10 мин) |

Удаление чешуи, мездрение

Ж

Пикелевание (6 %-й р-р ледяной уксусной кислоты, 3-3.5 % хлористого натрия. 1 = 18 - 20 °С.т = 8 - 12 ч)

Пролежка под грузом 0пг,та= 1 кг, т = 24 ч)

Дубление хромовое (0,3 %-ый раствор гипосульфита наприя, хромовые квасцы : хлористый натрий = 1:8,

_т = б-8чД= 18-20°С)_

V

Крашение распылением (\У=б мл красящего покрытия/дм"')! -ф-

Сушка (т =24 -48 чД= 18-20 °С)

Хранение (1 = 5 - 25 °С, <р = 70 - 80 %)

Т>

Рисунок 13 - Модифицированная схема получения готовых рыбных кож

Глава 5. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СВОЙСТВ КОЛЛАГЕНОВ, ГИАЛУРОНОВОИ КИСЛОТЫ И ГОТОВЫХ РЫБНЫХ КОЖ. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В ЧАСТНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Результаты исследований по определению органолептических и физико-химических показателей ГУК и коллагена представлены в табл. 4-5. Таблица 4 - Органолепгические и физико-химические Таблица 5 - Органолепгиче-

показатели гиалуроновои кислоты

ские показатели коллагена

Наименование показателя Характеристика и норма для гиалуроновой кислоты

Внешний вид белое аморфное вещество, допускается наличие кремового отгенка. В среде органического растворителя имеет волокнистую структуру в виде отдельных нитей и клубочков, в высушенном виде порошкообразное вещество.

Запах Слабовыраженный, характерный для данного вида сырья, без постороннего запаха.

Растворимость - Растворяется в воде после набухания при темпера- туре не ниже 80 °С; - в среде органического растворителя имеет волок- нистую структуру в виде отдельных нитей и клубочков; - растворяется в растворе №С1.

Физико-химические и микробиологические свойства

7

1 П.? П

4 0-^0

рН (1%-го водного раствора при 20 - 25 °С 6,5 ±1,0

Средний молекулярный 1000 кДа

Ис тинная вязкость 1.08 мПа*с

Выход, % 10,0

Токсичность Не токсичен

Найме нова ние Коллаген сухой/ замороженный

Внешний вид Мелкий порошок или стружка белого цвета/ Кусочки размером 2- 3 мм. Цвет белый стекловидный

Запах слабовыраженный, характерный для данного вида сырья, без постороннего запаха/ нейтральный

Рисунок 14 - Химический состав коллагена

Оценка качественного состава ГУК свидетельствует о наличии примесей белка, от которых необходимо избавляться с помощью дополнительных операций осаждения. Полученный коллаген отмечен высоким содержанием белка (79,6%),

фракционный и аминокислотный составы которого приведены ниже. Таблица 6- Аминокиетагный состав коллагена

--------------86,3 • ----

1=П

;|ц

■]

3,5

1Л-------(.<«=»——г ГГ-.

Рисунок 15 - Фракционный состав коллагена

Аминокислоты Сопспжание % к СВ

Аспаоагиновая кислота 7.12

ТЪеонин 2.46

Сеоин 4.57

Итогами новая кислота 11.36

ГТоолин 11.67

Оксипоолин 12.93

Глицин 6.72

Алании 10.51

Валин 2.65

Метионин 1.03

Аминокислотный состав характеризуется высоким

содержанием глицина, пролши и глутаминовой кислоты, что является струиурным пршнаком коллагена.

Отсутствие триптофана и низкое содержание метионина после очистки от балластных белков также служит доказательством наличия коллагена.

В растворенной форме коллаген часто используется в медицинской и косметической промышленности. В фармацевтической технологии для любого нового вспомогательного вещества необходимо наличие его стандартной субстанции. Для коллагена такой субсганщ тей является 2%-й раствор в ОД - 0,5 М уксусной кислоте щелочно-обработанной дермы КРС. Именно такая субстанция (2%-й раствор коллагена), полученная го шкур прудовых рыб различными способами, использовалась нами, только помимо уксусной кислоты применяли еще и лимонную.

Исследования проводили на приборахУйяоУксотейег ЗУ-10 и рН-метре ЛПУ-01. Вязкость и рН 2%-го раствора коллагена, полученного различными способами, в растворах органических кислот различной концентрации представлены в табл.7.

Таблица 7—Вязкость и рН 2%-го раствора коллагена в растворах органических кислот

Кислота Уксусная 7% Уксусная 10% Уксусная 15% Лимонная 7% Лимонная 10% Лимонная 15%

Коллаген, пол? ценный кислотным способом

Вязкость 8,66 4,53 2,83 17,2 10,3 3,11

РН 2,16 2,1 2,01 1,67 1,54 1,4

Коллаген, полученный щелочным способом

Вязкость 7,61 13,6 19,6 16,9 10,6 14,5

РН 2,5 2,43 2,23 1,65 1,54 1,45

Коллаген, полученный кислотным способом, с ферментной доочисткой

Вязкость 21,8 11,2 5,7 45,5 35,0 23,5

РН 2,38 2,25 2,16 1,74 1,53 1,45

В моде экспериментальных исследований установлено, что дтя коллагена, полученного кислотным способом характерно уменьшение вязкости при увеличении концентрации органической кислоты, данный эффект объясняется предшествующей кислотной обработкой. Для коллагена, полученного щелочным способом, наблюдается прямая зависимость межг^ вязкостью и концентрацией раство-ра-растворшеля. Применение ферментной обработки позволяет получить более очищенный коллаген, что и обеспечивает большую вязкость растворов. Зависимость вязкости от температуры раствора представлена на рис. 16. При повышении температуры вязкость растворов снижается, что характерно доя коллагена, как показано рядом исследователей.

Изолейиин 3.83

Лейиин 1 98

Тирозин 0.99

Фенилаланин 2.49

Гпстидин 0.77

Лизин 4.16

Апгинин 8.33

Гшюзиновый показатель 12.98

Показатель Результат | Норма

Подлинность Окрашивание в фиолетовый цвет

Прозрачность Прозрачный

Цветность Бесцветный 0,1% раствор коллагена в воде должен быть бесцветным

рН 2,7-3,2 От 2,7 до 3,5

Вязкость 8-16 Не менее 4,0

Массовая доля СВ 1,95-2 От 1,85% до 2,15

Миюэобиологическая чистота Категория 1.2. Б

14ДЮ

ила 12,00 IV» 10,00

i П -4 -1—¡--i-

\ '

V ; " 'i I - •' .... , ;

i.-Lj-i.

'i.,: !

Рисунок 16 - Изменение вязкости 2 % -го щелочного коллагена, растворенного в 7 %-й лимонной кислоте

i!

Субстанция коллагена 2%- я. полученная из шкур прудовых рыб, по показателям качества (табл. 8) полностью соответствует предъявляемым требованиям.

Для оценки сорбционной способности коллагена по отношению к антибиотикам был роведен ИК-спектрометрический анализ.

Анализ полученных спектров показывает, что появление отдельных пиков при длинах 3420,3310,3280,3200 см1, говорит о наличии в молекуле белка а-спиральных нерегулярных участков и Р-слоев, а также увеличение количества водородных связей, полосы 2940, 2880 см"' свидетельствуют о появлении гидрофобных группировок, сильные полосы 1552 и 1410 см"1- о деформации связей CN, NH. Увеличение интенсивности полос амид I и амид П обусловлено увеличением водородных связей, участвующих в стабилизации новой структуры «коллаген-ампициллин». Итак, происходят в основном водородные и гидрофобные взаимодействия, характерные для процесса сорбции, появляются только слабые связи. По расширению и изменению интенсивности пиков поглощения можно судить о перестройках в молекуле коллагена происходят. В итоге этих взаимод ействий при сорбции изменяется жесткость молекулы, перераспределение a-спиральных нерегулярных участков и (3-слоев белка

Все новые пищевые продукты, лекарственные средства, препараты и кормовые добавки должны быть не только высокоэффективными, но и безвредными д ля

А,см1

Рисунок 17-ИК-споарыисспедаемых образцов: а-ИК-спеюр коллагена, б-ИК-спеир ампициллина, в - ИК-спеюр иммобилизовданого на котлагене ампициллина

животных и человека В связи с этим проведено изучение безвредности и биологической активности коллагена и ГУК, полученных из шкур прудовых рыб. Исследования выполнены в соответствии с требованиями ВОЗ, Минздрава РФ, Вегери-нарно-фармакологическош совета департамента России (табл.9) Таблица 9 - Биологическая активность исследуемых препаратов на биотеете (культур;!

Р. Сж1с1а1шп)

Биологическая Плотность Индекс биологаческой активно-

Разведение безопасность инокулята' ** сти1 '

Исследуемый объект - коллаген

1:1000 ИН« 0,86± 0,02 0,89± 0,02

1:10000 ин 0,88± 0,02 0,92± 0,02

1:100000 ин 1,01 ±0,02 1,08±0,02

Исследуемый объект-гиалуроновая кислота

1:1000 ИН1*' 0,9± 0,02 0,8± 0,02

1:10000 ИН 0,96± 0,02 0,92± 0,02

1:100000 ИН 1,0± 0,02 0,97± 0,02

* ИН ищщ{)феретвдль-кпе1киювер1Шютравномерныеброушш^

** ПИ-о&ье[сгбиапотческинеаки1ЕсцПИ-6олыБе объем сгтмупируеграомноженге; I М-меныге 1 Ш,1 сбьекг угнетает ршмнолжние клеток. *** ИЕА- 1±0,1 - сбкжт биологически не аюивеи ИБА меньше I!0,1 - объект сншвет жизшлюсобносгькгсекж: ИБА больше -обьекгшвьвпаетгкшгестасобнхтькгкшк

Количество и характер движения клеток показали, что коллаген и ГУК индифферентны по отношению к тест-культуре Р. СаискШт и не приводят к гибели инфузорий. Полученные данные доказывают возможность использования препаратов в качестве компонента рецептур пищевых продуктов, косметических и медицинских препаратов и являются биологически безвредными.

Совместно с ОАО "Лужский завод "Беякозин" была получена опытная партия коллагеновых губок, полученных с помощью сублимационной сушки 2 %-го раствора коллагена. Технология губки гемостатической коллагеновой основана на методе сублимационной (лиофильной) сушки тонкого слоя раствора коллагена, в состав которого вводятся различные лекарственные ингредиенты.

Таблица 10 - Органолепткческие показатели гемостатических коллагеновых губок

Наименование показателя Характеристика

Внешний вид Пористая пластина белого или светло-желтого цвета, в холодной воде не растворяется, слегка набухая в ней, в горячей при температуре выше 45°С происходит сокращение ооразца губки (сваривание) до 25 - 30 % ее площади. В органических растворителях (спирт, ацетон, др.) губка не растворяется

Запах Без постороннего запаха

Удельная масса 0,015± 0,005 г/см3

Остаточная влажность 8-12 %,

Гиалуроновую кислоту и коллаген можно использовать в качестве натуральных компонентов крема для лица, тела, лосьонов, шампуней и т.д.

Принимая во внимание положительные технологические качества коллагена, стимулирующего эффект в процессах пищеварения и функциональную роль аналогов пищевых волокон в рационах, весьма актуальна разработка модифицированных

рецегпур к производству рыбных полуфабрикатов с использованием коллагена

Влияние полученного коллагена на свойства рыбных систем было исследовано на примере рыбного фарша без добавления коллагена (контроль) и рыбного фарш с массовой долей замены в нем основного сырья на коллаген (гидратация 1:5) на 20 % (опыт). Результаты исследований, представленные на рис. 11, свидетельствуют о том, что внесение в фарш гвдратированного коллагена положительно влияет на его фушщдонально-технологические свойства (ФТС). Таблица 12 - ФТС фарша

ФТС фарша контроль опыт

Влагосвязывающая способность (ВСС), % 61,3 70

Влагоудерживающая способность (ВУС), % 72,2 78

Жироудерживающая способность (ЖУС), % 55 61,7

Рисунок 17 - Диаграмма фут шцйй желательности содержат« аминокислот рецептуре котлет «Азовские»

Для получения биологически полноценных продуктов питания, корректирующих здоровье человека, было использование программное обеспечение

«Generic 2.1», разработанное сотрудниками Кубанского государственного технологического университета. Были разработаны сбалансированные по аминокислотному составу рыбные продукты, на примере модификации рецептур котлет «Азовские». Результаты моделирования продуктов представлены на рис. 17.

Использование коллагена в пищевой промышленности, в частности, при производстве полуфабрикатов, позволяет повысить ФТС фарша, стимулировать процесс пищеварения, снизить себестоимость продукции за счет замены основного сырья.

Готовая кожа, полученная из шкур прудовых рыб, как и любой другой вид кожи, характеризуется различными показателями, главными из которых являются прочностные (рис. 18,19) и эксплуатационные.

11 я

10.5'

S

о Xq

0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,4 0,42 0.44 Толщине в сомой тонкой части, мм

0.28 0.3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,4 0,42 0,44 Толщина в самой тонкой части, мм

Рисунок 18- Зависимость прочности при разрыве от толщины брюшного участка кожи, выделанной с использованием растительного (а) и хромового дубителя (б)

Рисунок 19- Определение запаса прочности кожи, выделанной хромовым (1) и растительным (2) дубителями, вырубленной в поперечном (а) и продолшом (б) направлениях

Сравнивая прочностные показатели образцов готовых кож, выделанных с использованием различных дубителей, можно сделалъ вывод, что способ дубления не оказывает значительного влияния на показатель прочности при разрыве и загас прочности.

Твердость полученных кож варьирует от 46 до 52 (для кожи осетра этот показатель выше - 56), причем, чем мягче кожа, тем ее прочностные показатели выше, так как устраняется эффект ломкости. Эластичность составляет порядка 7 - 8 % (кожа осетра - 8%, кожи с государственным Знаком качества (ГОСТ 15091) - 8 %).

Проведенные исследования доказывают, что готовая кожа рыб является альтернативным источником для кожевенной промышленности, по прочностным и эксплуатационным показателям мало не отличаются от свиной кожи, овчины и кожи КРС, а по отдельным физико-механическим показателям превосходит их.

Выводы

1. Шкуры прудовых рыб были выбраны в качестве сырья для получения коллагенов, готовых кож, и, впервые, как источник шалуроновой кислоты. Уточнены данные химического состава шкур: содеркание белка колеблется от 16,3 % для толстолобика до 18,63 % у щуки; липвдов - от 4,9 % для щуки до 7,4 % у карпа; золы - от 1,4 % для толстолобика до 1,79 % для карпа.

2. Подтверждена зависимость толщины шкуры рыбы от топографического участка. Исследование микроструктуры шкур выявляет развитый дермальный слой с плотно уложенными и ориентированными вдоль хребта пучками коллагена у всех образцов рыб.

3. Фракционный состав белков шкур представлен: юдорастворимой фракцией - 15,22 %, солерастворимой- 13,98 %, щелочераетворимой - 70,8 %, аминокислотным составом белков, массовой долей коллагена (90% от общего количества щелочерастворимых белков). Содержание углеводов и углеводно — белковых комплексов в шкурах (в пересчете на гексозы, % абсолютно СВ) -1,8—2,3.

4. Получены гиалуроновая кислота и коллаген го одной навески шкур рыб, готовые кожи. Коллаген возможно выделять различными способами: кислотным (обработка 7%-м раствором лимонной кислоты), щелочным (обработка композиционной смесью, состоящей из 3% -го раствора гидроксцда натрия и 3%-й перок-свда водорода) с последующей доочисткой протосубгалином ГЗх, взятым в дозировке 0,3% к массе сырья, в течение 2 ч. Разработаны условия получения конечных продуктов в различном состоянии (ГУК в высушенном и осажденном; коллаген в высушенном, замороженном и растворенном).

5. Экспериментально установлено, что ферментные препараты: протосубш-лин ГЗх, амилосубшлин ГЗх, протепсин и панкреатин в решмецдуемых условиях разрушают неколлагеновые белки, разрыхляют шплагеновые структуры шкуры, повышают экстрагируемосгь балластных веществ. Количественное соотношение ферментов в комбинированной ферментной системе для получения готовых кож из шкур прудовых рыб (оптимизация программой ЗТАПЕГПСА): липоргоин Г Зх -0,513; прогосубшлинГ Зх-0,314 иколлагеназа -0,173, при рНх2=7,35;температуре х3=40 °С и продолжительности процесса Х4=2,5 ч.

6. Проведена вдешяфикация коллагена: в ИК-спектре проявляются характерные для коллагена полоса в области 3300-3350 см'1 и две основные полосы поглощения — амида I (1650 см"1) и амида П (1550 см"1). Установлен химический состав коллагена с высоким содержанием бегая (79,6), проведена оценка безвредности и биологической активности на бистгесте (культура Р. СаисЫит). Исследована оорбщюнная способность коллагена по отношению к антибиотикам.

7. Идентифицирована гиалуроновая кислота. Исследованы ее органолептиче-ские и физико-химические свойства, проведена оценка безвредности и биологической актвносга на биотесте (культура Р. СашЫшп).

8. Получена готовая кожа из шкур прудовых рыб. Химический состав и прочностные характеристики готовой кожи в различных топографических участках показали, что продукт удовлетворяет требования к хранению и условиям д альнейшей обработки по санитарно-гигиеническим и микробиологическим требованиям. Имеет высокие эксплуатационные, прочностные и художественно-эстетические свойства.

9. Предложены варианты использования полученных продуктов в различных отраслях: гиалуроновую кислоту и высушенный коллаген как полуфабрикат для косметической промышленности, растворенный коллаген для получения гемоста-тических губок, замороженный коллаген, имеющий положительные технологические качества как аналог пищевых волокон в рационах, для пищевой промышленности. Использование коллагена в технологии рыбных продуктов было осуществлено на примере модификации рецептур котлет «Азовские».

10. По результатам проведенных исследований разработаны проекты технической документации, проведена опьпно-лабораторная апробация в условиях промышленного производства отрасли ВООИ «Синтез». Расчетный экономический эффект составил для готовых кож 25 руб. за 1 дм 2, д ля гиалуроновой кислоты 5300 руб. за кг, для коллагена-49 руб. за кг, технологии экономически целесообразны, имеют социальную значимость.

Основные результаты диссертации ош&шкрваиы в следующих работах Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

I Ашипова, ЛВ. Фермешные препараты для бвдмодафикации белковых систем нетрадиционного сырья рыбной промышленности [Текст] ЛВ. Ашипова,

ГА Хаусгова, Др Ле Хыу Нам, О Л Дворт шнова // Пищевая промышленность - 2011 г,-№ 12 - С 36-39 -0375 пл. (ими автором 0,125 пл.).

IXaycrona, ГА Микроструктура шкур прудовых рыб [Текст] ГА. Хаусгова АВ. Гребенщиков, ЛЛ Чудинова // Веспшк Воронеж, гос. техн. акад - 2011 г. - № 3. - С. 94-97-0,5 пл. (лично автором 0,167 пл.).

3. Аташова, ЛВ. Разработка технологии выделения биополимеров га шкур прудовых рыб [Текст] / ЛВ. Антшюва, ГЛ. Хаусгова // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология». - 2012 г. - №2-3. - С 67-69 -0375 пл. (лично автором 0,186 пл.).

Статьи и материалы конференций

4Атипова, ЛВ. Расширение сырьевой базы кожевенной промышленности за счет объектов пресноводной аквакультуры [Теист] / Л В. Аншпова, О.П. Дворяшлюва, ГА Хаусгова//Современные проблемы науки и образования. - 2009 г.-№3.-с.70-0,04 пл. (лично автором 0,013 пл.).

5 Ангагова, ЛВ. Выделение ш шкур прудовых рыб биопрепаратов гиалуроно-вой кислоты и коллагена (Текст] / ЛВ. Ашипова, ГА Хаусгова, АВ. Алехина// Материалы II таучга>прсааичесн>й конференции молодых ученых «Современные проблемы и перспективы рыбохозяйсгвенного ыэмплекса»- 2011 г. - &270 -273. -0,167 пл. (лично автором 0,055 пл.).

6. Анотюза ЛВ. Биопрепараты m шкур прудовых рыб - гкрепекгавное сырье для косметической промышленности (Текст] / ЛВ. Аншпова, ГА Хаусюва,

НА Букай // Материалы Международной i иучно-тсхгп р гесшй конференц[м «Российская аквакупьтура: оосгояше, гютенциал и инновационные производства в развитии АПК». -2012 г. - с. 123-126. -0,08 пл. (лично автором 0,027 пл.).

7. Antipova LV. Lealher-Processing Semimanufactures Biotechnology out ofdie Freshwater Fish Skin [Text] / LV. Antipova, OP. Dvoiyanimva, AV. Alyohina, GA Haustova, LP. Choodinova, PI Bercymbaj, Z. Alikoolov // Nova Science Publishers «Bk>-tedmotogy and the Ecology of Big Cities», Inc. New Yoi1<, 2011.-P. 151-158.-

О; 125 ttjl (лично автором 0,018 пл.).

Й.Бориоова, OK Исследование свойств продуктов растворения коллагена (ПРК), полученных из шкур прудовых рыб [Гажт] / О.И. Борисова, ГА Хаусгопа, М.Е.Успеюсая//Успехисопреме1пюгоестествознания.- 2012г.-№.6-130-131 с.-0,03 пл. (лично автором 0,007 пл.).

9.Хауслжа, ГА Примаыдю рыбного коллагена в пищевой промышленности ¡Текст] / ГА Хаусгова, ЛВ. Антилопа, ПА Букай //Материалы Международной научно-технической конференции производство продуктов для здоровья человека - как составная часть наук о ж1 пии» - 2012 г - с381-388. -0,09пл. (го гн ю шпором 0,03 пл.).

ЮДрорянинова ОН Техюлотческая ценность шкур прудовых рыб в получении кожевенного сырья [Текст] / OIL Дворянишва, ЛЛ. Чуда юта, ГА Букай // Вссшшс Воронеж, гос. теки акзд - 2009 г. -№ 3. - С 28-33 -0,75 пл. (лично автором 0Д5 пл.).

II Дворянишва, ОЛ Биотехнология кожевенного полуфабриката из шкур пресноводных рыб [Текст] / О.П. Дворянином, ЛИ Чудинова, ГА Хаусгова, Р Л Берсембаев, 3. Анжулов // Материалы Московской международной научю-тсхничеекпй конференции «Биотехнология: экология 1фупных городов». - 2010 г.-с. 204 -205. -0,05 пл. (лично автором 0,01 пл.).

<7

о

12Макарова EJI Кошаген рыб как носитель для иммобилизованных ферментов [Текст] / Е JL Макарова, ТА Ковалева, ГА Хаусгова // Материалы Международной конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века». -2012 г.-С. 518-519. - 0,04 пл. (лично автором 0,013 пл.).

13.Сгорублевцев С А. Разработка бдагехтлошческого способа выделения фракций коллагена из отходов мясной и рыбной промышленности [Текст] / СА Сгорублевцгв, ГА Хаусгова, АВ. Алехина, До Jle Хыу Нам // Сборник докладов ((Актуальные вопросы современной техники и техналопш». - 2011 г.- с. 144-146. - 0,05 пл. (лично автором 0,013 пл.).

14.Трегубова, ЕД Применение коллагена рыб в современной косметологии [Текст] / ЕД Трегубова, Л.В. Антонова, ГА Хаустова, М.М Данытив //' Успехи современного естествознания»,- 2011 г.-№7 - а 220. -0,03 пл. (личнэ автором 0,007 пл.).

15.Хаусгова, ГА Ресурсосбережение на основе йюкашлипиеских текнологай [Текст] / ГА Хаусгова // Сборник научных статей молодых ученых, аспирантов и студентов «Проблемы техдагенной безопасности и устойчивого ражпия». -2011 г. -с. 100-103.0,25 пл. (лично автором 0,25 пл.).

16.Хаусгова, ГА Вторичные проекты разделки ¡рудовых рыб как полноценный источник иэдлагена и полисахаридов [Текст] / ГА Хаусгова // Материалы XLIX отчетной научим конференции преподавателей и научных сотрудников ВП А за 2010 г. -2011 г.- с. 146-150 -031 пл. (лично автором 031 пл.).

17.Хаустова, ГА Ферментный катализ в технологии коллагена из шкур прудовых рыб [Текст] ГА Хаусгова // Материалы международной научно-технической конференции «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производств» -2011г.-С 372-377-031 пл. (лично автором 031 пл.).

18.Хаустгова, ГА Новые объемы пресноводной аквакультуры в расширение сырьевой базы кожевенной промышленности [Текст] / ГА Хаусгова, ЯП. Чудидава // Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. - 2009 г. - с. 98-101-0Д5 пл. (лично авгором0,125 пл.).

19. Хаусгова, ГА Исследование экотлуатациоииж показателей дубленых рыбьих шж [Текст] / ГА Хаусгова, ЛВ. Аншгова // Материалы Международной научно-технической конференции «Бтютехнодагические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развишя» - 2011 г.- с. 452456 -0,125 пл. (лич1Ю автором0,063 пл.).

Изобретения

20. Патент РФ 2425893 Способ получали дубленого полуфабриката из шкур всех видов пресноводных рыб [Текст] / Аншгова Л. В, Дворянигова О П,

Букай (Хаусгова) ГА, ЧудиноваЛП.; заявл. 15.052009; опубл. 10.08.2011, Бюл. 22 (личнэ автором 25%).

Подписано в печать 21.05 2013. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 110. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» Адрес академии и отдела полиграфии:394000 Воронеж, пр. Революции, 19

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

04201360360

На правах рукописи

ХАУСТОВА Галина Александровна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РЫБНОГО ШКУРОСЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛАГЕНА, ГИАЛУРОНОВОЙ

КИСЛОТЫ И ГОТОВЫХ кож

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Л.В. Антипова

Воронеж - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1 Рыбные шкуры: строение, состав, свойства 8

1.2 Характеристика структуры биополимеров рыбных шкур, их 16 практическое значение и способы выделения

1.3 Рациональное использование рыбных шкур в различных 36 отраслях экономики

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 43

2.1 Характеристика объектов исследования 44

2.2 Схема экспериментальных исследований 46

2.3 Общие методы исследования 48

2.4 Сложные и специальные методы исследования 54

2.5 Статистическая обработка результатов эксперимента и моделирование рецептур 66

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕЖИХ (НАТИВНЫХ) ШКУР ПРУДОВЫХ РЫБ И СВОЙСТВ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ИХ ОБРАБОТКИ 70

3.1 Характеристика химического и фракционного составов исследуемого сырья 71

3.2 Микроструктура нативных шкур прудовых рыб 72

3.3 Физико-химические свойства ферментных препаратов 77

3.4 Подбор концентрации ферментных препаратов 80 ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛАГЕНА, ГИА-ЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ И ГОТОВЫХ КОЖ ИЗ ШКУР

ПРУДОВЫХ РЫБ 84 4.1 Разработка технологий выделения из шкур рыб

гиалуроновой кислоты и коллагена 84

4.2 Применение физико-химических и биотехнологических методов модификации соединительной ткани рыб с целью выделения

коллагена 92

4.3 Разработка технологии получения готовых рыбных кож 104 ГЛАВА 5. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СВОЙСТВ КОЛЛАГЕНА, ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ И ГОТОВЫХ РЫБНЫХ КОЖ. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

В ЧАСТНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ 119 5.1 Исследование свойств гиалуроновой кислоты из шкур

прудовых рыб 119

5.2 Исследование свойств коллагена из шкур прудовых рыб 121

5.3 Исследование показателей готовой кожи из шкур

прудовых рыб 127

5.4 Применение гиалуроновой кислоты и коллагена в частных технологиях 133

ВЫВОДЫ 139

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 141

ПРИЛОЖЕНИЯ 158

Приложение 1 - Оценка технико-экономической эффективности Приложение 2 - Проекты технической документации Приложение З-Акты апробации Приложение 4 - Грамоты, дипломы, благодарности

ВВЕДЕНИЕ

Рыбное хозяйство России - сложный взаимосвязанный производственно-хозяйственный комплекс с развитой многоотраслевой кооперацией и международными связями, глубоко интегрированный в экономику нашей страны и в мировое рыболовство. Состояние его во многом определяется складывающейся в стране и мире экономической и политической ситуацией.

Пищевые продукты, производимые рыбохозяйственным комплексом России, являются важным фактором жизнеобеспечения. Значение рыбных продуктов в организации рационального питания заключается в том, что они являются источником наиболее важной, но все еще дефицитной, составной частью питания - белков животного происхождения [5, 26].

В последнее время в силу ряда объективных и субъективных причин запасы основных видов гидробионтов значительно снизились, хотя, что касается рыбной отрасли в целом, то по оперативным данным [3, 54] в 2011 году, по сравнению с 2010 годом, общий улов рыбы вырос на 3,3%, реализация товарной рыбы, выращенной в прудовых и других рыбоводных хозяйствах - на 0,2 %, выпуск пищевой рыбной продукции, включая консервы - на 1,4 %. Рыбоводные предприятия и организации Росрыбхоза успешно провели нерестовую кампанию 2011 года. Личинок разводимых рыб было получено на 18,8 % выше уровня 2010 года. В 2011 году возросла добыча рыбы в естественных водоемах и водохранилищах по сравнению с 2010 годом. Улов рыбы во внутренних водоемах увеличился на 5,4 %. Общее увеличение выпуска пищевой рыбной продукции в 2011 году обеспечено за счет роста реализации живой рыбы, производства мороженой и копченой рыбопродукции, рыбы соленой и кулинарных изделий.

Развитие прудового рыбоводства и аквакультуры в настоящее время является перспективными направлениями развития рыбного хозяйства, что подтверждается документами: «Водная стратегии Российской Федерации на период до 2020 года», «Стратегия развития рыбохозяйственного комплекса Россий-

ской Федерации на период до 2020 года », федеральной целевой программой "Повышение эффективности использования и развитие ресурсного потенциала рыбохозяйственного комплекса в 2009 - 2013 годах" и ряда других. По прогнозам Министерства сельского хозяйства в Воронежской области, производство товарной рыбы к 2014 г. вырастет на 28,6 %, по сравнению с данными 2011 г., и составит 3500 тыс. т. [54]. Увеличение объема вылова рыбы еще острее ставит вопрос о глубокой переработке вторичных продуктов разделки. И если в мясоперерабатывающей отрасли использование вторичного сырья составляет порядка 60 %, то для рыбной промышленности этот показатель намного ниже — порядка 30 % [8, 12, 131]. При разделке и переработке рыбы образуется значительное количество вторичных продуктов, которые чаще всего выбрасывают на свалку (кости, плавники, шкуры, чешуя и т.д.), приводя, тем самым, к загрязнению окружающей среды, продают в качестве органических удобрений с/х организациям, а, в лучшем случае, перерабатывают на кормовую муку [24, 27,28]. Однако, например, шкуры можно рассматривать как полноценное сырье для получения биополимеров белковой (коллагеновые препараты) и углеводной (гиа-луроновая кислота) природы и готовых кож. Коллагеновые препараты и гиалу-роновую кислоту (ГУК) до сих пор получали из животного сырья (спилок шкур КРС, гребни птицы), но в настоящее время, в целом, Россия импортозависима; у птиц - бройлеров гребней практически нет, а выделение ГУК из пупочных канатиков и синовиальной жидкости дорого для широкомасштабного использования. В то же время шкуры прудовых рыб - местный биоресурс, могут служить новым перспективным источником получения данных биополимеров [6, 11, 36, 77, 88, 115, 133].

Исследования комплексного подхода переработки гидробионтов развиты в работах JI.B. Антиповой, М.П. Андреева, Н.П. Боевой, JI.M. Васильевой, A.M. Ершова, Г.И. Касьянова, А.Б. Киладзе, А.Б. Одинцова, Р.Г. Разумовской, JI.K. Петриченко, А.И. Сапожниковой, Т.М. Сафронова, С.А. Сколкова и позволяют выявить отдельные варианты решения проблемы рационального использования сырья водного происхождения. Исследования Л.В. Антиповой, Э.Г. Розан-

цева, А.Г. Снежко, О.П. Дворяниновой, О.Г. Ибрагимовой и др. доказывают возможность использования и высокую эффективность применения методов биотехнологии для выделения из тканей рыб и наземных животных коллагено-вых субстанций, способных к самоструктурированию.

Исследования по теме диссертационной работы выполнялись в соответствии с тематикой НИР кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» «Технология живых систем в экологически безопасном ресурсосберегающем производстве и переработке животного сырья» (2011 - 2015 гг. № гос. регистрации 01201121009).

Сотрудниками кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья (исполнитель Хаустова Г.А., руководитель Антипова Л.В) был выполнен НИОКР «Новые объекты пресноводной аквакультуры для расширения сырьевой базы кожевенной промышленности» в рамках содействия финансированию малым формам предприятий в научно-технической сфере «У.М.Н.И.К» на 2010 - 2012г (ГК № 7472р /10212 от 29.01.2010).

Диссертационное исследование соответствует п. 2 и п. 4 паспорта специальности 05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ».

Цель работы - расширение направлений использования шкур и ассортимента продуктов из прудовых рыб посредством методов биотехнологии.

В рамках поставленной цели были сформулированы и решались следующие основные задачи:

- обоснование выбора сырья, характеристика химического состава рыбных шкур как источника биологических активных полимеров;

- топографические и гистоморфологические характеристики рыбного шку-росырья;

- анализ белковой и углеводной фракций шкур;

-обоснование параметров и режимов обработки шкур для получения коллагенов, ГУК, готовых кож;

- исследование ферментной обработки, оптимизация комбинированной

ферментной системы для получения готовых кож;

- -идентификация и исследование свойств коллагенов, сорбционная емкость;

- идентификация и исследование свойств гиалуроновой кислоты;

- показатели качества готовых кож и технологии их выработки;

- разработка практических рекомендаций по реализации частных технологий по использованию полученных биополимеров и технической документации на новые виды продукции;

- оценка экономической эффективности новых технических решений, апробация результатов в производственных условиях.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Рыбные шкуры: строение, состав, свойства

Шкура рыб является твердой соединительной тканью, существенной особенностью которой, отличающей ее от других видов, является значительное количественное преобладание межклеточного вещества над клеточными элементами. Межклеточный матрикс состоит из волокнистых компонентов, а пространство между ними заполнено основным веществом, содержащим гликопро-теины. Волокнистые компоненты представлены коллагеновыми и эластиновы-ми волокнами [20, 60].

Защита организма от вредного влияния физических факторов внешней среды, участие в процессе дыхания и осморегуляции, обособление и частичная изоляция от внешней среды - ряд жизненно необходимых функций, выполняемых шкурой в организме рыб. Шкура также является органом чувств, так как в ней имеются различные рецепторы, передающие необходимую информацию из окружающей среды в организм рыбы. Множество функций шкуры обеспечивается ее довольно сложным строением. В шкуре рыбы можно выделить три основных слоя: эпидермис, дерму и подкожную клетчатку (рис. 1.1) [75,122].

1 - эпидермис; 2 - дерма; 3 -подкожная клетчатка; 4 - бокаловидные слизистые клетки; 5 - округлые клетки; 6 -колбовидные клетки; 7 - пигментные клетки Рисунок 1.1 - Шкуры некоторых видов рыб: А - миноги; Б - акулы; В - осетра; Г -

светящийся орган;

Образ жизни; скорость плавания влияет на толщину шкуры ее строение и соотношение развития отдельных слоев [45, 72, 76]. Поэтому строение шкур разных видов рыб может существенно отличаться.

Эпидермис шкур тонкий, углубляется в дерму, образуя сумки, в которых заключена чешуя. Эпидермис рыб не ороговевает, а слой эпителиальных клеток, которые вырабатывают слизь, придают ему рыхлый и непрочный характер соединения с дермой.

В эпидермисе рыб содержится много чувствительных клеток и нервных окончаний. Цилиндрические клетки, образующие нижний слой эпидермиса, имеют способность к размножению, а клетки, которые тут образуются, поднимаются к верхним слоям, вытесняя верхние отмирающие клетки. Промежуточный слой состоит из клеток, форма которых меняется от цилиндрических к уплощенным. Верхний слой состоит из ряда плоских клеток [122]. Внутри межклеточного вещества эпидермиса есть мостики, по межклеточным щелям циркулирует лимфа, необходимая для клеточного питания. В эпидермисе присутствуют одноклеточные железы: бокаловидные — слизеотделительные; колбовидные — выделяют серозную жидкость в межклеточное пространство; шаровидные — имеют зернистое содержимое. Красящие вещества — пигменты, содержатся в клетках эпидермиса и обусловливают своеобразную рыбную окраску. Дерма находится под слоем эпидермиса (рис. 1.2) [60, 123], образована соединительной тканью, выполняет функции опоры. Соединительная ткань состоит из коллагеновых и эласти-новых волокон, пучки которых проходят в разных направлениях. Волокна коллагена расположены в основном в верхнем слое дермы; также там находится ряд нервных окончаний, кровеносных сосудов, чешуя. Все эти включения способствуют разрыхлению верхнего слой дермы.

У большего числа рыб дерма состоит из двух слоев. Верхний слой дермы характеризуется большим количеством клеточных элементов и сравнительно слабым развитием тонких соединительнотканных волокон, образующих сложное переплетение. В этом слое дермы у большего количества костистых рыб располагается чешуя в особых карманах.

Нижний слой дермы представлен плотным переплетением тонких соединительно-тканых волокон, содержит мало клеток. Этот слой далее и определяет

износостойкость, эластичность, прочность, а также другие товарные свойства кож [123, 145]. У дермы большинства рыб имеется несколько слоев волокон, идущих параллельно поверхности, которые слабо соединены между собой тонкими волокнистыми вертикальными перемычками. В каждом пласте волокна тянутся в одном направлении, но волокна двух лежащих один над другим пластов перекрещиваются под прямыми или острыми углами. Вертикальные пучки волокон связывают некоторые пласты дермы и тянутся от верхних слоев дермы к подкожной клетчатке. Отдельные пучки не доходят до клетчатки, а изгибаются под прямыми углами, сливаются с волокнами одного из горизонтальных пластов. Волокна эластина пронизывают всю толщу дермы, но особенно густо переплетаются в ее поверхностных и глубинных слоях [84, 123].

Рисунок 1.2- Структура рыбной шкуры

У различных рыб подкожная клетчатка развита в разной степени; у отдельных видов (сома), здесь находятся большие скопления клеток жира. Основной функцией подкожной основы является связывание ее с соединительной тканью глубже расположенных органов произвольного движения — мышцами и костями. В подкожной основе есть скопления жировых клеток, которые окружены рыхлой соединительной тканью. Вид рыбы и топографический участок ее тела влияет на степень развития подкожной жировой основы. Наибольшее развитие подкожной жировой клетчатки наблюдается в брюшной и спинной части тела рыб и на участке тела немного впереди спинного плавника [60, 122].

Шкура рыб исключительно легка. На массу шкуры, в зависимости от вида рыб, приходится от 3 до 9 % от массы самой рыбы.

Из массы самой шкуры и массы чешуи, удаляемой при переработки сырья, складывается масса рыбьей шкуры.

Наиболее толстая кожевая ткань у многих рыб (осетровые, лососевые) находится в области хвоста, менее толстая - на спине, самую тонкая - на брюхе. Шкура многих пресноводных рыб (карп, толстолобик) наиболее толста в спинной части, более тонкая - в области хвоста, самая тонкая - на брюхе. У многих рыб наблюдается сбежистость от спинной части к брюшной. С увеличением размеров рыб относительное значение толщины ее кожных покровов снижается. Шкура крупных рыб справляется с уровнем воздействия на нее термодинамических и динамических нагрузок, а это и определяет толщину шкуры, эффективнее, чем кожные покровы более мелких рыб, что объясняется увеличением степени структурирования («зрелостью») коллагена дермы и совершенствованием структуры дермы, сложенной из пучков эластиновых и колллагено-вых волокон [83, 139].

Естественное место обитания - важнейший биологический фактор, ответственный за естественный цвет шкур. Функционально-морфологические преобразования пигментного аппарата шкуры обусловили определенный характер ее цвета на разных топографических участках. Данный цвет тела рыбы, видимо, отвечает тем биологическим функциям, которые накладываются на кожный покров в процессе жизнедеятельности рассматриваемой рыбы [113,114,148].

Естественная фактура поверхности шкуры, покрытая чешуйчатым покровом, формирует положительное психологическое восприятие потребителя [123]. Рыбная чешуя на шкуре уложена как черепица, ориентирована от головы к хвосту, образует сплошной чешуйный покров. Глубина залегания чешуи формирует естественную поверхность шкуры, а, следовательно, и специфическую мерею готовой кожи. При проведении операций выделки чешуя удаляется, это придает поверхности кожи неординарную шероховатость, а наличие чешуйных карманов придает эффект экзотичности, который привлекает покупателя. Выявлено, что кожа, полученная из шкур сома, лишенного чешуйчатого покрова, меньше нравится потребителям за счет тривиальной фактуры [73].

Внешний вид снятой шкуры обусловлен формой тела, зависящей от вида и места обитания рыбы. Эти факторы существенно влияют на контуры сырья,

хотя почти во всех случаях можно отметить преобладание головной части и туловища над хвостовой, что придает трапециевидное очертание шкуре. Наиболее широкую часть контур снятой шкуры имеет в области головы, а ближе к хвосту, без резких изменений происходит постепенное сужение, наблюдаемое пр