автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Технология кормовых добавок на основе биомодификации отходов, полученных при разделке гидробионтов

На правах рукописи

БАШТОВОЙ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ КОРМОВЫХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ БИОМОДИФИКАЦИИ ОТХОДОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ РАЗДЕЛКЕ ГИДРОБИОНТОВ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток — 2014

005550664

Работа выполнена в лаборатории проблем рационального использования гидробио-нтов Федерального государственного унитарного предприятия «Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр» (ФГУП «ТИНРО-Центр»),

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Слуцкая Татьяна Ноевна

доктор технических наук, доцент, заведующая лабораторией нормирования ФГУП «ВНИРО» Харенко Елена Николаевна

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры общей зоологии ФГБОУ ВПО «ГСХА» Никулин Юрий Петрович

Федеральное унитарное предприятие «Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (ФГУП «АтлантНИРО»)

Защита состоится «10 » июня 2014 года в 930 часов на заседании диссертационного совета Д 307.006.01 при ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет» по адресу: 690087, г. Владивосток, ГСП,ул. Луговая, 52Б.

С диссертацией можно ознакошггься в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет» по адресу: 690087, г. Владивосток, ГСП, ул. Луговая, 52Б, и на сайте wvvw.dalrybvtuz.ru.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 690087, г. Владивосток, ГСП, ул. Луговая, 52Б, факс (423) 2440309.

Автореферат разослан » апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент ' Е.В.Осипов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в мировой практике животноводства и рыбоводства широко применяются кормовые добавки, которые позволяют регулировать не только массовые и ростовые, но и качественные показатели (Лукьянов, 2005; Перегудов, 2005).

Как правило, такие кормовые добавки имеют определенную функциональную направленность с выраженным действием одного пли нескольких компонентов (Березов, Коров-кнн, 1998; Северин, 2004). Большая часть таких добавок производится из отходов, накапливающихся при переработке гидробионтов (Куцакова и др., 2002, Киричко, 2003; и др.).

Несмотря на существенный вклад многих ученых в развитие технологий кормовых продуктов из отходов при обработке гидробионтов (Л.С.Абрамова, Н.П. Боева, Н.П. Быкова, В.П. Зайцев, Л.Л. Лагунов, В.М. Дацун, А.Ю. Звягинцев, H.H. Ковалев, Г.В. Ковров, Т.М. Сафронова, A.B. Перебейнос, А.П. Ярочкин, GM. Berge, S. Manop, RAA. Muzzarelli, M. Falk, K.M. Rudall, C P. Savage, L. Sittiwat и др.), разработка технологий кормовых добавок, содержащих как пищевые, так и биологически активные компоненты, остается востребованной.

Аргументом в пользу привлечения отходов гидробионтов для получения кормовых добавок являются их недоиспользование и значительный объем (Дацун, 1995; Приморские рыбаки..., 2006, и др.), а также повышенный спрос в России и за рубежом (особенно в странах АТР) на кормовые продукты из сырья морского происхождения.

В то же время известны работы по технологии получения биологически активных добавок определенного действия из хрящевой и костной ткани при разделке лососевых и других рыб (Пивненко, 2010, Сорокоумов, 2010), а также кальмаров (Суховерхова, 2006). При этом остается значительная масса отходов, потенциально пригодных для получения кормовых добавок (Андрусенко, 1988; Новикова, 2003).

Исходя из объемов возможного изъятия лососевых и кальмара (Руководство..., 1998; Состояние промысловых ресурсов, 2011, 2013) рассчитано, что количество кост-но-мышечно-хрящевых компонентов (головы лососевых и кальмара) в Дальневосточном регионе может составлять 50—60 тыс. т в год для лососевых и 5-6 тыс. т для кальмара.

Анализ литературы показал, что многие частные технологии кормовых добавок основаны на ферментной модификации сырья с целью повышения растворимости определенных компонентов (Roberfroid, 1996; Shargel, Yu, 1999; Мухин, Новиков, 2001; Кузнецов, 2003, Шнх и др., 2011), что заслуживает внимания и может являться отправной точкой для проведения дальнейших исследований.

Биомодификация отходов от разделки гидробионтов позволяет перевести компоненты хрящевой и мышечной ткани в растворимое и легкоусвояемое состояние и тем

самым повысить эффективность использования содержащихся в них биологически активных и питательных веществ.

Полученные в легкоусвояемой форме биологически активные компоненты, содержащиеся в тканях голов кальмара и лососевых, способны регулировать обменные процессы в хрящевой тканн, участвовать в формировании тканей организма, например коллагеновых, выступать в качестве общеукрепляющих средств (Пат. РФ 2161002; РФ Пат. 2250047).

Потребителями кормовых добавок с такими свойствами могут быть наземные и водные животные (рыбы, свиньи, собаки, крупный рогатый скот и др.).

Таким образом, учитывая наличие в составе отходов при переработке объектов морского промысла биологически активных веществ и опыт исследователей, показавших их функциональное действие, с одной стороны, а также значительный объем и необходимость рационального использования морского сырья - с другой, разработка технологии использования отходов, получаемых при разделке лососевых и кальмаров для кормовых продуктов, является актуальной.

Целью работы является разработка технологии кормовых добавок из мышечно-хрящсвых отходов, полученных от разделки рыбы и кальмаров, на основе ферментации, повышающей содержание растворимых питательных и биологически активных компонентов в готовом продукте, а также - обоснование использования отходов после производства БАД.

Задачи исследований:

- исследовать химический состав отходов, полученных при разделке гвдробионтов (головы кальмара и лососевых), в том числе - после получения из них биологически активных добавок (БАД);

- обосновать выбор ферментных препаратов для биомодификации мышечно-хрящевой ткани головоногих моллюсков н рыб;

- разработать рациональные параметры гидролиза сырья, способствующие повышению содержания растворимых нутриентов в готовом продукте, а также условия сушки.

- обосновать целесообразность получения кормовых добавок из отходов после выделения БАД;

- исследовать показатели безопасности, химический состав, пищевую и биологическую ценность кормовых добавок, установить сроки хранения готового продукта, провести оценку эффективности кормовых добавок на живых объектах;

- рассчитать экономическую эффективность производства кормовой добавки;

- разработать проекты технической документации (ТУ и ТИ) на кормовые добавки, полученные на основе биомодификации мышечно-хрящевых отходов от разделки и переработки рыб и головоногих моллюсков.

Научная новизна. Научно обоснована технология получения кормовых добавок, отличающихся высоким содержанием легкодоступных нутриентов, из отходов, полученных при разделке рыб и головоногих моллюсков, в том числе и после получения БАД (из голов кальмара и лососевых).

Научно обоснованы выбор ферментных препаратов в зависимости от их специфичности и состава сырья, рационпьная продолжительность ферментолиза для обеспечения максимальной пищевой доступности нутриентов белкового п полисахаридного происхождения.

На основании установленной зависимости степени удаления воды от толщины слоя продукта обоснованы режимы ИК-сушки ферментолизатов из голов кальмара и лососевых.

Показана высокая биологическая ценность кормовых добавок из голов кальмара и лососевых, в том числе в смеси со стандартным кормом.

Показано, что отличительной чертой разработанных кормовых добавок является высокое содержание легкодоступных и обладающих биологической активностью аминосахаров и аминокислот, а также полиненасыщенных жирных кислот и минеральных веществ.

Установлена эффективность кормовых добавок, определенная по увеличению массовых показателей при кормлении молоди кеты, симы и карася серебряного.

На основании результатов исследований регламентированных показателей безопасности кормовых добавок, в том числе микробиологических, обоснованы условия и определены сроки их хранения.

Практическая значимость работы. Разработана технология переработки мышечно-хрящевой тканн гидробионтов, в том числе после извлечения из нее БАД, включающая ферментативный гидролиз. Разработана технология сушки, установлены условия хранения кормовых продуктов, а также их безопасность.

Доказана эффективность применення кормовых добавок на молоди рыб н рассчитана экономическая эффективность производства кормовой добавки.

Разработан проект технических условий ТУ 9283-345-00472012-2012 «Добавка кормовая из отходов водных биоресурсов» н ТИ 347-2014.

Новизна технического решения подтверждена патентом Ла 2460313 «Способ производства кормовой добавки хондропротекторной направленности из отходов морских гидробионтов».

Научные положения, выносимые на защиту - Мышечно-хрящевые отходы, получаемые при разделке лососевых и кальмаров, в том числе и после производства из них БАД, являются перспективным сырьем для изготовления кормовых добавок с высоким содержанием биологически активных нутриентов,

— Ферментативная модификация мышечно-хрящевой ткани голов кальмара и лососевых обеспечивает образование легкодоступных веществ белкового н полисахаридно-го происхождения.

— Обоснованные условия ферментолиза, последующей термообработки и хранения позволяют получить кормовые добавки с высокой биологической ценностью за счет аминокислот, аминосахаров и полиненасыщенных жирных кислот.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на Международной конференции, посвященной 70-летию С.М. Коновалова «Современное состояние водных биоресурсов» (Владивосток, 2008); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (Владивосток, 2010); IV Научно-практической конференции «Пищевая и морская биотехнология - для здорового питания и решения медико-социальных проблем» (Светлогорск, 2011); Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья» (Владивосток, 2011).

Публикации

Основные результаты диссертации изложены в 9 печатных работах, в том числе 4 статьи в журналах перечня ВАК Министерства образования и науки РФ, 4 печатных работы в материалах конференций и 1 патент РФ.

Структура и объем работы

Диссертация включает введение, обзор литературы, методическую часть, экспериментальную часть, выводы, список литературы, содержащий 434 источников (из них 68 зарубежных). Работа изложена на 186 страницах, содержит 54 таблицы, 25 рисунков и 10 приложений на 14 страницах.

Благодарности

Автор благодарит за руководство д.т.н., профессора Т.Н. Слуцкую, за помощь — сотрудников ФГУП «ТИНРО-Центр» д.т.н. А.П. Ярочкина, к.т.н. Н.М. Купину, к.т.н. Т А. Давлетшину, к.т.н. Ю.Н. Кузнецова, к.х.н. К Г. Павеля, И.А.Спицына, Г.В. Самойленко, д.б.н. Л.Т. Ковековдову, А.А. Попкова, а также сотрудника ФГБОУ ВПО «Дальрыб-втуз», Институт пищевых производств, доцента кафедры технологии пищевых производств к.т.н. О.В. Сахарову.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, определены направления работы, сформулированы положения научной новизны и практической значимости работы.

В первой главе «Обзор литературы» проведен аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы, освящены вопросы значения и использования вторичных сырьевых ресурсов для получения технической продукции.

Дана характеристика и описаны свойства компонентов, входящих в состав мышечно-хрящевых тканей гидробионтов. Описаны различные способы получения и применения пищевых и кормовых добавок, включая специализированные. На основании проведенного анализа литературы сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе «Материалы и методы исследований» представлена схема проведения исследований (рис. 1), а также приведена характеристика объектов и методов иссле-

дований.

Рис. 1. Схема проведения исследований

Объектами исследований являлись:

— отходы от разделки дальневосточных гидробионтов — мороженые головы рыб семейства лососевых Опсог]гупскт кеШ (кета), О. gorbuscha (горбуша), О. кгШс!г (кижуч), соответствующие требованиям ОСТа 15-414-2004, и головы головоногих моллюсков То-с1агос1е.чраарсих (тихоокеанский кальмар) и Веггу1еи1Ыз та&я/ег (командорский кальмар), соответствующие требованиям ГОСТа 20414-93.

При исследовании мышечно-хрящевой ткани лососевых использовали головы рыб без жаберных крышек и жабр; головы кальмара различались наличием или отсутствием глаз (стекловидного тела).

Материалом исследований также служили отходы, полученные при переработке голов рыб и кальмара на БАД.

Исходя из данных по соотношению мышечной и хрящевой ткани в объектах исследования для гидролиза сырья использовали ферментные препараты:

- ЦеллоЛюкс-F (Целлолюкс), целлюлолитическая активность 2000 ± 200 ЦлА/г (ТУ 9291 -010-00479563-99),

- Протомегатерин Г20х - продуцент Bacillus megaterium, протеолитическая активность 800 ± 50 ПЕ/г (ТУ 00479942-002-94);

- Амилопротооризин Г10х (ТУ 9291-078-00334586-2007), направленность действия смешанная: протеолитическая активность 800 ПЕ/г, амилолитическая активность 1100 Ае/г, целлюлолитическая активность 280 ЦлА/г.

В работе использовали стандартные и общепринятые химические, физико-химические, биохимические, микробиологические и математические методы исследований.

Исследование химического состава сырья и полученных продуктов проводили согласно ГОСТу 7636-85.

Содержание общего и небелкового азота (после осаждения белков трихлоруксусной кислотой) - по методу Кьельдаля на приборе «Kjeltec 2300» (Foss, Швеция). Массовую долю липидов определяли по методу Блайя и Дайэра (Bligh, Dayer, 1959), экстракцию липидов проводили по методу Фолча (Folch et al., 1957).

Жирные кислоты определяли в виде их метиловых эфиров (Carreau, Dubacq, 1978) на капиллярном газо-жидкостном хроматографе «Shimadzu GC-16A».

Сушку образцов проводили в электросушилке инфракрасного излучения «ЭСБИК-1,25/220 «Икар» с конвекцией воздуха, при температуре 45-65 °С и в сушильном шкафу без конвекции ШС-3 (0,575/220), при 105 °С.

Выбор концентрации ферментов (Амилопротооризин - 1800 и 3500 ПЕ/г, Протомегатерин - 1800 ПЕ/г, Целлолюкс - 630 ЦлА/г) обосновали данными литературы. Концентрация целлолюкса соответствовала целлюлолитической активности фермента амилопротооризин.

Ферментолиз проводили при температуре 45 ± 5 °С. Рациональное время гидролиза субстрата под действием ферментов определяли по накоплению небелкового азота и растворимых аминосахаров в гидролизате.

Гидролиз проводили при соотношении сырьё : вода - 1,0 : 0,5, в контрольных образцах - без добавления фермента. Каждый час отбиралась проба, в которой определяли содержание аминосахаров, небелкового азота и свободных аминосахаров.

Содержание аминосахаров, перешедших в результате гидролиза в раствор, и свободных аминосахаров, определяли спектрофотометрически (Руководство. Р 4.1.1672-2003).

Хранение сухого продукта, упакованного в бумажные мешки с полиэтиленовым вкладышем, осуществляли при температуре окружающей среды 25 ± 5 °С и относительной влажности не выше 75 %.

Исследования безопасности сырья и кормовых продуктов проводили согласно Единым санитарно-эпидемиологическим и Единым ветеринарно-санитарным требованиям Таможенного союза.

Относительную биологическую ценность (ОБЦ) определяли, используя как тест-организм Tetrahymenapyriformis (Методические рекомендации, 1987; Инструкция..., 1991).

Содержание макро- и микроэлементов и токсичных металлов в образцах определяли в соответствии с ГОСТами 26927, 26929, 26930, 26932, 26933, 30178, 30538, Р 51301 на атомно-абсорбционном спектрофотометре фирмы «Nippon Jarell Ach» модель АА-885.

Аминокислотный состав белков определяли после кислотного гидролиза (Остерман, 1985) на высокоскоростном анализаторе Hitachi L-8800.

Свободные аминокислоты определяли после экстракции этиловым спиртом и упаривания (Баратова, Белянова, 1974; Остерман, 1985).

Эффективность кормовых добавок проверяли в экспериментах на молоди кеты, симы, карася серебряного путем ежедневного кормления добавками в количестве до 3 % от массы рыбы (Щербина и др., 1987).

Динамику изменения средней массы по показателям еженедельного прироста, определяли методом 3-кратного взвешивания. Средненедельный прирост массы (Сер, %) рыб определяли по Г Г. Винбергу (1956).

Результаты исследований обрабатывали статистическими методами (Урбах, 1963, 1975; Кенуй, 1979). Достоверность данных достигали планированием экспериментов, необходимых и достаточных для достижения точности результатов (Р = 0,9-0,95), при доверительном интервале Д ± 3-10 % среднеарифметических значений из результатов трех-восьмн параллельных определений. Математическую и графическую обработку результатов проводили с использованием прикладных программ Microsoft Office Pro-2003 (Microsoft Word и Excel 2007), Statistica 8, TableCurve 3D.

В третьей главе «Результаты и их обсуждение» представлен химический состав объектов исследований и дано обоснование выбора сырья для разработки технологии получения кормовых добавок.

Установлено, что в головах лососевых (кета, кижуч, горбуша) содержание костно-хрящевой ткани составляет 5-8 %. У головоногих моллюсков количество хрящевой ткани составляет до 2,0 % для командорского кальмара и 1,0-1,2 % для тихоокеанского.

Исследования показали, что массовое соотношение (%) хрящевой ткани и мышечной в головах кальмара составляет 22-24 : 76-78, а в головах лососевых - 16-18 : 82-84 (Баштовой, 2008а, б, 2011а, б).

Одним из критериев оценки сырья для получения кормовых добавок было содержание аминосахаров (табл. 1).

Таблица 1

Химический состав голов рыб и кальмаров, %

Объект, головы Вода Белок Липиды Минеральные вещества Аминосахара

Горбуша 71,6-81,9 13,9-18,5 1,7-4,4 1,1-1,7 0.03

Кижуч 71,5-73,6 17,6-18,1 4,5-5,4 4,1-4,6 0,04-0,05

Кета 68,7-71,2 15,1-15,9 7,4-8,1 5,1-5,5 0,042-0,046

Тихоокеанский кальмар (со стекловид. телом) 81,4-82,2 15,2-15,6 0,5-0,6 1,6-1,7 0,44-0,48

Командорский кальмар (без стекловид. тела) 84,4-86,9 11,2-11,5 0,7-0,8 1,7-1,8 0,34-0.37

Командорский кальмар (со стекловид. телом) 84,8-86,5 11,2-11,5 0,7-0,8 1,7-1,8 0,45-0,49

Анализ данных табл. 1 показывает, что в сырье значительное количество белка, много минеральных веществ. В головах кальмара низкое содержание липидов и более высокое количество аминосахаров, чем в головах лососевых. Различие в количестве аминосахаров в головах кальмара объясняется наличием/отсутствием стекловидного тела.

Исследование процессов ферментолиза мышечно-хрлщевой ткани голов командорского кальмара

Экспериментами установлено, что применение гидромодуля 1:1 нерационально, так как полученные данные по степени гидролиза не отличаются от таковых с гидромодулем 1,0:0,5.

В результате ферментативного гидролиза (рис. 2) голов кальмара в раствор перешло значительное количество аминосахаров. Данные показывают, что при действии целло-люксом, через 2,0-2,5 ч в жидкой части гидролизата содержание аминосахаров увеличивается в 6 раз по сравнению с контролем и на 25-30 % выше, чем при действии другими ферментами.

Максимальная степень гидролиза полисахаридов через 4-5 ч составляет 65—70 % и в дальнейшем не увеличивается (рис. 3).

Прирост количества аминосахаров в гидролизатах из голов кальмара (рис. 3) в системах с целлолюксом и протомегатерином продолжается до 2-го часа, а в системах с амилопротооризином до 4-го часа, после чего переход аминосахаров в раствор заметно уменьшается.

Рис. 2. Изменение количества аминосахаров, перешедших в жидкую фракцию при гидролизе голов кальмара

-Протомегатерин, 1800 Пе/кг ■Без фермента

■ Амнпопротоорезин, 1800 Пе/кг

■ Целлолюкс-Р, 630 ЦлА/кг

Рис. 3. Изменение степени гидролиза полисахаридов в зависимости от времени и применяемых ферментов

В результате исследований ферментолиза установлено, что увеличение концентрации

й 3

□ Без ф ерм ента Д Амшгапротооризин, 1800 Пе/кг

—Протомегатерин, 1 800 Пе/кг ЦйЛАгг-Я

/ ---

А —

у у Г

//

i— Вр ;мя, ч

0 1 2 3 4 5

выше 1800 Пе/кг, на примере амилопротооризина, нецелесообразно, так как не приводит к существенному увеличению степени гидролиза мышечно-хрящевой ткани голов кальмара даже при 2-кратном увеличении концентрации фермента.

Исследование гидролиза белков голов кальмара показывает (рис. 4), что этот процесс в наибольшей степени обеспечивается амилопротооризином в концентрации 1800 Пе/кг и составляет 42-44 % за 3,0-3,5 часа гидролиза; с протомегатерином глубина гидролиза 45 %.

С целлолюксом степень гидролиза снижается после 2-го часа и к 3-му часу составляет 39 %, дальнейшего роста этого показателя практически не происходит.

Вследствие процессов ферментолиза растворимость полисахаридов увеличивается в 3-6 раз, а белковых компонентов — на 10-20 %.

Установлено, что при воздействии целлолюксом происходит увеличение количества свободных аминосахаров (до 100 мг/100 г) с максимумом на 4-й час гидролиза, что составляет 28,6 % от исходного количества аминосахаров в сырье, с амилопротооризином и протомегатерином эта величина составляет соответственно 23 и 21 %, тогда как в

контрольном опыте (без фермента) количество свободных аминосахаров изменяется в пределах 1,5-2,0 мг/100 г (0,5 % от исходного количества в сырье).

Рис. 4. Изменение степени гидролиза белков голов кальмара в зависимости от времени и применяемых ферментов

Таким образом, установлено, что ферментолиз обеспечивает степень гидролиза белков кальмара на 39-50 %, а аминосахаров до 70 % с целлолюксом и 46—51 % с протомегатерином и амилопротооризином. Отмечено существенное количество свободных аминосахаров, перешедших в раствор при действии целлолюксом.

В результате ферментативного гидролиза голов лососевых (кеты) установлено (рис. 5), что в жидкой части ферментолизата произошло существенное увеличение количества аминосахаров, по отношению к исходному: так степень гидролиза при действии протомегатерином к 5-му часу гидролиза составила 61,5 %. В системе с целлолюксом этот показатель на 3-й час гидролиза составил 28 %, а с амилопротооризином - 47 %, после чего прирост количества аминосахаров в гидролизате заметно снизился.

Рис. 5 Изменение степени гидролиза полисахаридов в гидролизате голов лососевых в зависимости от времени и применяемых ферментов

Количество свободных аминосахаров в гидролизате из голов кеты с амилопротооризином после 1-го часа гидролиза составляло 6,0-6,5 мг/100 г, что соответствует 14 % общего количества аминосахаров в сырье.

В гидролизатах из голов кеты при воздействии целлолюксом и протомегатерином количество свободных аминосахаров составило соответственно 4,5-5,5 и 9,5-11,5 % от обще-

го количества аминосахаров в сырье, или 2,0-2,3 и 4,3-5,1 мг/100 г. В контрольном опыте, без фермента, количество свободных аминосахаров изменялось в течение 5 ч в пределах 1Л 5-1,90 мг/100 г, что составляет 2,6-4,2 % исходного количества аминосахаров в сырье.

По данным рис. 6 можно сделать вывод, что амилопротооризин способствует разрушению белковой составляющей голов лососевых на 60 % через 2 часа гидролиза, затем степень гидролиза существенно не увеличивается.

Рис. 6. Изменение степени гидролиза белков голов лососевых в зависимости от времени и применяемых ферментов

Использование про-томегатерина приводит к подобному результату, но показатели степени гидролиза на 4-6 % ниже. С целлолюксом степень гидролиза голов лососевых, достигнув величины 38 % к 2-м часам гидролиза, за последующие 2,5 ч увеличилась до 44 %. Эти процессы приводят к увеличению растворимости белковых и полисахаридных компонентов соответственно на 70-90 и 90130 %. Таким образом, установлено, что ферментолиз повышает степень гидролиза белковой составляющей голов лососевых, более чем, на 60 % с амилопротооризином и на 60 % с протомегатернном, с целлолюксом этот показатель равен 44 %.

Максимальная степень гидролиза полисахаридной части достигает 28-30 % с целлолюксом и 50-60 % с амилопротооризином и протомегатернном. Количество свободных аминосахаров в гидролизатах голов кеты с целлолюксом и протомегатернном составило в среднем 5 и 11 %, а с амилопротооризином - 14 %.

Совокупность экспериментальных данных позволила предложить рациональные параметры обработки голов кальмара: ферментный препарат целлолюкс в концентрации 630 ЦлА/кг сырья, время гидролиза 2,0-2,5 ч при температуре 45 ± 5 °С. Для голов лососевых (кеты): ферментный препарат амилопротооризин или протомегате-рин в концентрации 1800 ПЕ/кг сырья, время гидролиза полисахаридной составляющей - соответственно 2,5 и 5,0 ч и 1,5 ч для ферментолиза белковой части, при температуре 45 ± 5 °С.

0 0,5 1

Обработка результатов экспериментов позволила установить математическую зависимость изменения степени гидролиза белков и аминосахаров (У, %) от параметров процесса гидролиза - температуры (хь °С) и времени (х2, т (ч)). Общее уравнение процесса имеет вид:

У = ао + Э1Х1 + агх2 + ацХ]2 + ею*! + 812X1X2, где а0, аь а2, ац, а22, а)2 - неизвестные коэффициенты уравнения.

Изменение степени гидролиза полисахаридов голов кальмара под действием иелло-люкса в зависимости от времени и температуры можно представить в виде графической интерпретации (рис. 7). Данному процессу соответствует уравнение регрессии (1). 1С = = 0,9222.

У1 =-1103,755 + 48,57x1 + 58,84х2-0,5х12-0,8х22-1,2x1x2. (1)

Изменение степени гидролиза белков голов лососевых под действием амилопрото-оризина в зависимости от времени и температуры (рис. 8) соответствует уравнению регрессии (2). Я2 = 0,9345.

У2 =-997,34+ 43,23x1+ 59,5x2-0,45х]2- 1,32х22- 1,16\1х2. (2)

Отмечено, что установленные нами рациональные параметры обработки голов кальмара и лососевых находятся в диапазоне рассчитанных оптимальных параметров, которые составляют по температуре 45 ± 5 "С, по времени — 0,5-5,0 ч.

Рис. 7. Влияние температуры и времени на Рис. 8. Влияние температуры и времени на степень гидролиза полисахаридов голов каль- степень гидролиза белков голов лососевых мара при действии целлолюксом-Г при действии амилопротооризином

Технология кормовой добавки из отходов гидробионтов и характеристика полученных продуктов

При обосновании условий сушки испытаны 3 варианта, при температуре 45 и 65 °С в сушилке с инфракрасным излучением (ИК) со скоростью движения воздуха 0,7 м/с и

при температуре 105 °С в сушилке без конвекции. Эксперименты показали, что в результате высушивания ферментолизата при температуре 105 °С постоянная масса достигается через 14 ч, а при температуре 65 °С с применением инфракрасного излучения -за 7 ч, при одинаковой толщине слоя 4-6 мм.

При уменьшении толщины слоя высушиваемого продукта до 1,5-3,0 мм, а температуры ИК-сушки до 45 °С время сушки уменьшилось до 3,5 ч.

Полученные данные свидетельствуют о более активном процессе высушивания с применением инфракрасного излучения, что не противоречит известным данным (Малахов и др., 2001, Инфракрасное излучение, 2010). Дополнительное преимущество использования инфракрасной сушки заключается в достижении стерилизующего эффекта, уменьшении количества бактерий и грибковых колоний (Волончук и др., 2000; Кириллова и др., 2002).

Расчет количества энергии при высушивании кормовой добавки до ее готовности показывает (табл. 4), что сушка с инфракрасным излучением и конвекцией с потребляемой мощностью 1,25 кВт/ч экономичнее, чем в сушильном шкафу без конвекции ШС-3 с расходом энергии 0,575 кВт/ч.

Таким образом, сушка с применением инфракрасного излучения и конвекцией воздуха в диапазоне температур 45-65 °С более рациональна, чем при 105 °С, по количеству затрачиваемой энергии для получения 1 кг кормовой добавки.

Таблица 4

Количество затраченной энергии для высушивания 1 кг кормовой добавки

Сушильный шкаф, мощность, кВт/ч Температура сушки. °С Количество энергии, кВт/ч

«Икар» ЭСБИК, 1.25 кВт 45 30,38

«Икар» ЭСБИК, 1,25 кВт 65 30.38

ШС-3, 0,575 кВт 105 55,9

Технологическая схема изготовления кормовой добавки КДК представлена на рис. 9. Выход кормовой добавки из голов кальмара (КДК) составляет 10,3-12,5 % к массе сырья.

В полученной кормовой добавке КДК (табл. 5) высокое содержание белка, до 63 %, липидов, 8,0 %, много минеральных веществ - 18,5 % и аминосахаров - до 3,0 %.

Таблица 5

Химический состав кормовой добавки из голов кальмара (КДК), %

Вода Белок Липиды Минеральные вещества Аминосахара

8,5-10.5 61,0-63,0 7,9-8.1 18.2-18,6 2,9-3,0

Рис. 9. Технологическая схема изготовления кормовой добавки из голов кальмара (КДК)

При исследовании биологической ценности кормовых добавок КДК и КДР (из голов рыб) их аминокислотный состав сравнили с аминокислотным составом корма JTCHT (ТУ 9283-059-00472012-95) и муки кормовой рыбной (Miles, Chapman, 2006).

Анализ данных табл. 6 позволяет заключить, что кормовая добавка из кальмара по содержанию незаменимых аминокислот приближается к корму JICHT, а из голов лососевых - к муке кормовой из рыбы.

Таблица 6

Количество незаменимых аминокислот (HAK) в кормовых продуктах, г/100 г белка

Аминокислота КДК лент КДР Мука кормовая из рыбы1

Лизин 6,60 6,77 5.60 4,72

Изолейцин 4,20 4,60 2,87 2,66

Лейцин 7,10 8,28 5,41 4,48

Фенилаланин + Тирозин 6,80 6,64 4,75 4,35

Треонин 4,00 4,08 3,72 2,31

Гистидин 2,70 2,01 1,80 1,45

В алии 4,60 5.12 4,02 2,77

Метионин 1,57 2,29 0,55 2,31

Сумма2 НАК, г/100 г белка 37,57 39,79 28,72 25,05

1 Miles, Chapman, 2006.

2 Расчет сделан без учета цистеина и триптофана.

Сумма HAK кормовой добавки из голов кальмара на 33,3 % выше суммы HAK белков муки кормовой из рыбы и на 94,2 % соответствует сумме HAK корма JICHT.

Расчет аминокислотного скора по отношению к «идеальному» белку для свиней, яичных кур и бройлеров показал, что белки кормовой добавки из голов кальмара на 49,1-62,8 % могут восполнить потребность в незаменимых аминокислотах в кормах для птицы и на 68,3 % — в кормах для свиней.

Сумма незаменимых аминокислот кормовой добавки из голов кальмара на 96 % соответствует сумме HAK «идеального» белка для свиней и на 79-80 % сумме HAK «идеального» белка для птицы.

Во всех расчетах лимитирующей аминокислотой являлся метионин.

Определение свободных аминокислот (САК) в КДК показало, что количество САК составляет 40,26 мг/г ткани, из которых незаменимых — 30,65 %. Среди свободных аминокислот превалирует таурин - до 22,1 %.

В кормовой добавке КДК также присутствуют и другие свободные аминокислоты -до 9 %, из которых на долю орнитина (От), саркозина (Sar) и дипептидов карнозин (Саг), ансерин (Ans) в сумме приходится 3,8 %.

По всей видимости, аминокислотный состав белков кормовой добавки из голов кальмара (КДК) предопределяется высоким содержанием в мышечно-хрящевой ткани коллагена - 11-14 % (Суховерхова, 2006; и др.), который характеризуется высоким содержанием аминокислот глицин, лизин, пролин (Слуцкая, 1972).

В липидах КДК установлено присутствие 70 жирных кислот (ЖК), идентифицировано 44. Количество насыщенных ЖК составляет 22,1 %, мононенасыщенных - 30,0 %. Среди предельных жирных кислот преобладает пальмитиновая кислота (16:0) - 16,1 %. Среди моноеновых кислот наибольшее количество олеиновой кислоты (18:1 (п-9) - 9,5 %. Много полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) -43,7 %

Значительную долю (82-85 %) в сумме ПНЖК составляют докозагексаеновая (цер-воновая) (22:6 (п-3) - 22,0 % и эйкозапентаеновая (тимнодоновая) (20:5 (п-3) - 14,9 % -кислоты, относящиеся к семейству омега-3 ПНЖК и играющие существенную роль во многих процессах живых организмов (Акулин и др., 2005)

Сравнивая полученные результаты с известными литературными данными, можно отметить, что кормовая добавка КДК по количеству ПНЖК не уступает, например, крилю (около 34 % ПНЖК) и мидии, где оно варьирует в пределах 30-45 %.

По показателям безопасности (микробиология, токсичные металлы и вещества, радионуклиды) кормовая добавка из голов кальмара соответствует Единым ветеринарно-санитарным требованиям ТС.

Срок хранения КДК устанавливался по изменению кислотного числа, которое, согласно решению Главного ветеринарного управления № 13-5-02/0657 и ВетПиН 13-501/0101 п. 5.2.2.1, в кормовых продуктах не должно превышать 20 мг КОН/г.

Проведенные исследования позволили установить, что срок хранения КДК (температура 25 ± 5 °С, относительная влажность воздуха не выше 75 %) без добавления антиокислителя составляет 5,5 мес, с добавлением антиокислителя - не менее 12,0 мес.

Определение ОБЦ кормовой добавки КДК показало, что в начальный период хранения ОБЦ составляло 94,1 %, через 12 мес хранения этот показатель составил 82,1 %.

После 12 мес хранения растворимость добавки составляет 71,0 %, при этом количество легкорастворимых аминосахаров — 41,5 %, из которых 58,5 % приходится на свободные аминосахара.

Количество свободных аминокислот, после 12 мес хранения, составляет 34,92 мг/г ткани, на незаменимые свободные аминокислоты приходится 25,86 %. Среди свободных аминокислот превалирует таурин - до 23,8 %.

Технолопгческая схема переработки голов лососевых отличается от таковой для кальмара наличием дополнительной операции — отделение липидной фракции центрифугированием в течение 10 мин при 3000 об/мин, которое осуществлялось на аппарате БЦ-6.

Исследование химического состава кормовой добавки из голов лососевых показало (табл. 7) высокое содержание белка - 41,0^12,0 % и минеральных веществ - до 35,0 %, липндов — 12,5 %, аминосахаров — до 0,3 %.

Таблица 7

Химический состав кормовой добавки из голов лососевых (КДР), %_

Вода Белок Липиды Минеральные вещества Аминосахара

9,5-11,5 40,9-41,8 12,2-12,9 34,5-35,5 0,28-0,30

Анализ аминокислотного состава КДР показал, что в ней содержится весь комплекс незаменимых аминокислот в количестве 27,1 %. Расчеты показывают, что КДР может восполнить потребность незаменимых аминокислот в кормах для свиней на 23,9 %, а для птицы — на 17,2—22,9 %. Сумма незаменимых аминокислот КДР заметно выше суммы НАК муки кормовой из рыбы.

Результаты исследования липидов показали, что в КДР содержится 69 жирных кислот, идентифицировано 45. Насыщенные ЖК составляют 24,2 %, из которых более 63 % приходится на пальмитиновую. Мононенасышенных ЖК — 50,2 %, среди них, превалируют олеиновая (16,51 %), гадолеиновая (7,5 %) и эруковая (8,6 %), на их долю приходится 65 % мононенасыщенных ЖК. Полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) — 24,2 %. Значительную долю в их сумме составляют докозагексаеновая (22:6 (п-3)) - 29,6 % и эйкоза-пентаеновая (20:5 (п-3)) - 30,6 %.

Минеральный состав кормовой добавки КДР свидетельствует, что содержащиеся в ее составе элементы как минимум в 3,2 раза покрывают суточную потребность рыб в минеральных веществах (Хохрин, 2002; Александров, 2005).

Определение показателей безопасности (микробиология, токсичные металлы и вещества, радионуклиды) кормовой добавки из голов лососевых (КДР) показало, что она соответствует Единым ветеринарно-санитарным требованиям Таможенного союза.

Установление сроков хранения кормовой добавки из голов лососевых по изменению значения кислотного числа показало, что КДР без антиокислителя может храниться до 2,5 мес, а с антиокислителем - 6,0 мес, при температуре 25 ± 5 °С н относительной влажности воздуха не выше 75 %.

Характеристика отходов, образующихся при производстве БАД «Артротин» из голов рыб и кальмара

Технология БАД основана на ферментной обработке сырья и отделении жидкой части, содержащей целевой продукт (аминосахара).

Установлено (к массе сухого вещества), что в отходах от переработки БАД содержится значительное количество белка (34-84 %), липидов (4,7-27,4 %), минеральных веществ (6,3-11,7 %), кроме костного остатка, где минеральных веществ около 50 %, также установлено высокое содержание аминосахаров (0,5-3,0 %). Полученные данные позволяют говорить о целесообразности их дальнейшего использования, например, в кормопроизводстве.

Путем смешивания отходов в соотношении, соответствующем их выходу по технологии, получены смеси, которые затем высушивали в ИК-сушилке при 45-65 °С.

Исследования показали, что в этих кормовых добавках содержится высокое количество белка (41^14 %) и минеральных веществ (35-38 %), липидов (9-10 %), содержание аминосахаров - до 2,3 %.

В кормовых добавках (из отходов БАД голов рыбы и тихоокеанского кальмара) количество белка составило 42-49 %, минеральных веществ - 18-23 %, липидов - 13-15 %, аминосахаров - 1,8-2,5 %.

Кормовые добавки, полученные из отходов БАД, по показателю перекисного числа соответствуют нормативной документации для данного вида продукции и могут храниться до 6 мес.

Определение ОБЦ показало, что кормовая добавка, как в чистом виде, так и в смеси со стандартным кормом (ЛСНТ), имеет высокое значение ОБЦ - более 94 % (табл. 8). Расхождение между результатами составляет 3,4 % при допустимой погрешности 5 % (Методические рекомендации, 1987; Инструкция..., 1991).

Безопасность и эффективность испытывали на рыбах (молоди кеты, симы и карасе серебряном).

Таблица 8

Относительная биологическая ценность (ОБЦ) кормовых добавок, %

№ образца Исследуемый образец ОБЦ

1 Стандартный (ЛСНТ) 97,52

2 Кормовая добавка из отходов при получении БАД 94,09

3 Кормовая добавка из голов кальмара (КДК) 94,11

4 ЛСНТ+10 % кормовой добавки из отходов получения БАД 94,13

Контроль Казеин 100

Для экспериментов использовали:

1. ЛСНТ — корм лососевый стартовый (ТУ 9296-059-00472012-95) — контроль;

2. Кормовая добавка, состоящая из ЛСНТ + 25 % кормовой добавки из голов кальмара (ЛСНТ + 25 % КДК),

3. Кормовая добавка из голов кальмара (КДК),

4. Кормовая добавка № 4, состоящая из ЛСНТ + 10 % кормовой добавки из отходов получения БАД.

Данные прироста массы рыбы представлены в виде графиков (рис. 10, 11) с соответствующей им линией тренда (Добаагтение..., 2011).

При кормлении карася серебряного (рис. 10) кормовыми продуктами ЛСНТ и КДК разницы в результатах прироста не наблюдается, линии графиков прироста массы почти совпадают, что свидетельствует о хорошей усвояемости КДК.

Прирост массы кеты при кормлении кормовой добавкой из ЛСНТ+10 % кормовой добавки из отходов получения БАД на 16-18 % выше, чем при кормлении стандартным кормом ЛСНТ, и на 9-10 % больше, чем при кормлении КДК (рис. 11).

Динамика прироста массы у симы (рис. 12) при кормлении ЛСНТ + 25 % КДК и ЛСНТ различается незначительно, и имеет тенденцию к снижению, с 11,9 % в начале кормления к 10,6 % в конце кормления.

2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13

40 35

Я 30

0

1 25

5 20 о

1-15

а.

С ю

5 0

12 11,8 ..= 11,6 § П,4

О га

2 11,2

о

а. и

ЕХ

с 10,8 10,6 10,4

-в-ЛСНТ ♦ ЛСНТ+10% кормовой добавки из ота>дов БАД -А— КПК р 2 — 0 г

л—

/ >1

*21 : 0,973 6 ^ 1,9492

в >емя, НЕД.

Рис. П. Прирост массы кеты при кормлении в

зависимости от времени и состава корма

ю

1 ч I2 = 0,9602

■ -ЛСНТ

N А -ЛСНТ+ 25КДК

И2 = 0. 941

ВремЯ^недел.

Рис. 12. Средне-недельный прирост массы (%) симы, рассчитанный по формуле Винберга (по отношению к

начальной массе)

Среднее значение

Л ^ Ч 3

кормового

коэффициента (КК) для симы, которой давали корм ЛСНТ + 25 % КДК, составил 6,34 ед., а для симы на ЛСНТ среднее значение КК составило 7,04 ед.

Расчет КК для кеты, которая питалась кормовыми добавками КДК и кормовой добавкой № 4 в течение 2 мес, в среднем составлял 2,5-4,5 ед., в то время как для кеты, питавшейся ЛСНТ, в начале кормления - 17,5 ед., а к концу 9-й нед - 5,2 ед. Для карася, питавшегося КДК, величина кормового коэффициента в начале кормления составляла 1,56 ед., к 9-й нед кормления - 3,15. Для карася серебряного, питавшегося ЛСНТ, в начале кормления КК составлял 4,5 ед., а к 9-й нед снизился до 2,6 ед.

Из результатов исследований можно сделать вывод, что в целом образцы кормовых добавок, испытанные на кете, симе и карасе серебряном, способствуют приросту массы рыбы и могут применяться не только как составные компоненты кормов, но и как стартовый корм, особенно кормовая добавка № 4 и КДК для кеты и КДК для карася серебряного.

Минерально-белковая кормовая добавка из голов лососевых рекомендуется для сельскохозяйственных животных (птицы, свиней) и продукционных рыбных кормов.

На основании анализа товарного рынка выявлено, что предлагаемый вид продукции не представлен на рынке кормовых продуктов.

Экономические расчеты показали, что отпускная цена за тонну готовой продукции составит 146,178 тыс. руб.

Предприятие является достаточно надежным, срок окупаемости капитальных затрат - 3,125 года (3 года и 45 дней). Запас финансовой прочности - 68,05 %.

Прибыль от реализации готового продукта составит 815,056 тыс. руб.

Таким образом, установлено, что сбор и обработка отходов при изготовлении БАД, разделке рыб и кальмаров является одним из решений вопроса создания эффективных кормовых добавок, содержащих высокое количество биологически активных веществ (амнносахаров) и показавших положительное влияние на рост рыб.

Выводы

1. Разработана технология кормовых добавок, отличающихся высоким содержанием легкодоступных аминокислот и амнносахаров, на основе биомодификации мышечно-хрящевых отходов, полученных при разделке лососевых и кальмаров.

2. В зависимости от особенностей сырья и специфичности ферментов экспериментально установлены рациональные параметры биомодпфикации: для голов кальмара концентрация целлолюкса 630 ЦлА/кг сырья, время гидролиза 2,0-2,5 ч; для голов лососевых (кеты) концентрация амилопротооризина или протомегатерина 1800 Пе/кг сырья, время гидролиза - соответственно 2,5 и 5,0 ч, при гидромодуле 1,0 : 0,5 и температуре 45 ± 5 °С.

3. Установлено, что при рациональных условиях ферментного гидролиза голов лососевых степень гидролиза белков составляет 39-60 %, полисахаридной части - 28-61 %, что приводит к увеличению растворимости белковых и полисахарндных компонентов соответственно на 70-90 и 90-130 %. Количество свободных амнносахаров в результате ферментолиза составляет 5-14 % от количества амнносахаров в сырье.

Установлено, что при ферментолизе голов кальмара степень гидролиза белков составляет 38^14 %, амнносахаров - 47-61 %, вследствие чего растворимость белковых компонентов увеличивается на 10-20 %, а полисахаридов - в 3-6 раз. Количество свободных амнносахаров, перешедших в раствор, составляет 21—28 % от количества в сырье.

4. Разработаны рациональные условия сушки ферментолизатов с использованием инфракрасного излучения: температура 45-65 °С, время 3,5 ч до массовой доли воды 8,5-11,5 %. Добавка из голов кальмара (КДК) содержит белка 61-62 %, амнносахаров -до 3 % и минеральных веществ - около 20 %, кормовая добавка из голов лососевых (КДР) содержит белка 41^42 %, амнносахаров - до 0,3 % и минеральных веществ - 35 %. Содержание со 3, со 6 жирных кислот составляет в КДР 24,4 %, в КДК — 43,6 % от суммы ЖК. На долю эйкозапентаеновой и докозагексаеновой от суммы ПНЖК приходится соответственно 60 и 82 %.

5. Исследования химического состава, показателей безопасности, включая микробиологические, и относительной биологической ценности, которая находится в пределах 8394 %, позволили обосновать условия и сроки хранения кормовых добавок при температуре 20-30 °С в течение 12 мес - для КДК и 6 мес - для КДР в негерметичной упаковке.

Показано (на примере КДК), что после 12 мес хранения растворимость добавки составляет 71,0 %, при этом количество легкорастворимых аминосахаров - 41,5 % (из которых 58,5 % - свободные), количество свободных аминокислот - 34,9 мг/г ткани, из них таурина — 23,8 %.

6. Установлена целесообразность использования отходов, образующихся при производстве БАД, для получения кормовых добавок как источников белков и аминосахаров, содержание которых в готовом продукте составляет соответственно 42,0-45,0 и 2,0-2,5 %. Показано, что кормовые добавки обладают высокой биологической ценностью.

7. На основании биологических испытаний установлена эффективность кормовых добавок, которая выражалась в средненедельном увеличении массы рыб на 10,3-11,8 %. Величина кормового коэффициента порядка 1,5—4-,5 ед. позволяет позиционировать кормовую добавку из голов кальмара как стартовый корм для молоди рыб. Минерально-белковая кормовая добавка из голов лососевых рекомендована для сельскохозяйственных животных (птицы, свиней) и продукционных рыбных кормов.

8. Экономические расчеты производства кормовой добавки в объеме 28,75 т/г из голов кальмара (КДК) показали, что отпускная цена за тонну готовой продукции составит 146,178 тыс. руб. Прибыль от реализации готового продукта - 815 тыс. руб. Срок окупаемости капитальных затрат - 3,125 года (3 года и 45 дней).

9. Разработаны проекты технических условий ТУ 9283-345-00472012-2014 и ТИ 3472014 «Добавка кормовая из отходов водных биоресурсов».

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В изданиях перечня ВАК:

1. Баштовой, А.Н. Исследование отходов переработки промыслового кальмара и лососевых с целью получения кормовой продукции / А.Н. Баштовой // Изв. ТИНРО. -2008. -Т. 154. -С. 384-389.

2. Баштовой, А.Н. Исследование процессов ферментации мышечно-хрящевого комплекса тканей гидробионтов / А.Н. Баштовой, Т.Н. Слуцкая // Изв. ТИНРО. - 2011. -Т. 166.-С. 320-326.

3. Баштовой, А.Н. Общая биологическая ценность (ОБЦ) - важнейший показатель качества и безопасности кормовых продуктов / А.Н. Баштовой, О.В. Сахарова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2013. -№ 5. - С. 41—43.

4. Баштовон, А.Н. Технология кормовой добавки из отходов при разделке лососевых / А Н. Баштовой, К Г. Павель, Г.В. Самойленко // Изв. ТИНРО. - 2013. - Т. 175. - С. 321-332.

В других изданиях:

5. Баштовон, А.Н. Возможность использования отходов переработки голов лососевых и кальмара для получения кормовой добавки // Современное состояние водных биоресурсов : сб. материалов Международной научной конференции, посвященной 70-летию С М. Коновалова. - Владивосток : ТИНРО-Центр, 2008.

6. Баштовон, А.Н. Биомодификация отходов из гидробионтов / А.Н. Баштовой // Пищевая и морская биотехнология - для здорового питания и решения медико-социальных проблем : сб. материалов IV научно-практической конференции. - М. : МАКС Пресс, 2011.

7. Баштовой, А.Н. Характеристика кормовой добавки из отходов гидробионтов / А.Н. Баштовой // Инновационные технологии переработки продовольственного сырья : сб. материалов Международной научно-технической конференции. - Владивосток : Дальрыбвтуз, 2011.

8. Баштовон, А.Н. Общая оценка биологической ценности (ОБЦ) кормовых добавок полученных из вторичных биоресурсов / А.Н. Баштовой, О.В. Сахарова // Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана : сб. материалов Международной научно-технической конференции. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 2010.

9. Пат. РФ № 2460313 Способ производства кормовой добавки хондропротекторной направленности из отходов морских гидробионтов / Баштовон А.Н., Слуцкая Т.Н., Якуш Е В. Заявка №2010150765/13, 10.12.2010, Опубл. 10.09.2012 г.

Подписано в печать 28.02.2014 г. Формат 60x84/16. Усл. печ.л. 1,39. Уч-изд. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 3. Отпечатано в типографии ФГУП «ТИНРО-Центр» г. Владивосток, ул. Западная, 10.

Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр

(ФГУП "ТИНРО-Центр")

На правах рукописи

0420?455933 Баштовой Александр Николаевич

ТЕХНОЛОГИЯ КОРМОВЫХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ БИОМОДИФИКАЦИИ ОТХОДОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ РАЗДЕЛКЕ ГИДРОБИОНТОВ

Специальность:

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

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Слуцкая Т.Н.

Владивосток - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение................................................................................................................. 4

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................ 11

Значение вторичных сырьевых ресурсов для получения технической продукции ........................................................................................................... 11

1.2. Характеристика и состав компонентов, входящих в состав мышеч-но-хрящевых тканей гидробионтов........................................................ 16

1.3. Получение и применение пищевых и кормовых добавок, включая специализированные ................................................................................ 23

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ............................. 39

2.1. Материалы исследований ....................................................................... 39

2.2. Проведение технологических экспериментов....................................... 41

2.3. Методы исследований ............................................................................. 43

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ .............................................. 49

3.1. Характеристика и обоснование выбора сырья для разработки технологии получения кормовых добавок способом биомодификации ..... 49

3.2. Разработка технологии биомодификации отходов, полученных

при разделке рыб и кальмара .................................................................. 52

3.2.1. Исследование процессов ферментолиза мышечно-хрящевой ткани голов командорского кальмара............................................. 53

3.2.2. Исследование процессов ферментолиза мышечно-хрящевой ткани голов лососевых на примере кеты ........................................ 61

3.3. Определение параметров сушки для получения кормовой добавки .. 63

3.4. Технология кормовой добавки из отходов гидробионтов ................... 70

3.4.1. Технология кормовой добавки из голов кальмара (КДК)............. 70

3.4.2. Изменение показателей качества кормовой добавки из голов кальмара при хранении..................................................................... 74

3.5. Определение биологической ценности кормовых добавок с тест-культурой ТеЬ'акутепаруп/оптя .......................................................... 86

3.6. Технология кормовой добавки из голов лососевых (КДР).................. 91

3.7. Характеристика отходов, образующихся при производстве БАД

из голов рыб и кальмара ........................................................................ 100

3.7.1. Разработка технологии кормовой добавки из отходов при получении БАД из голов кальмара и лососевых.............................. 104

3.7.2. Определение биологической ценности кормовых добавок........ 108

3.8. Сравнительная оценка аминокислотного состава кормовых добавок КДК и КДР с «идеальным» белком корма для птиц и свиней.................. 110

3.9. Исследование эффективности кормовых добавок на рыбах ..............113

3.10. Расчет экономической эффективности производства кормовой добавки из голов кальмара .................................................................. 120

Выводы .............................................................................................................. 129

Список литературы ........................................................................................... 131

Приложения ...................................................................................................... 172

Введение

Актуальность темы исследований

В настоящее время в мировой практике животноводства и рыбоводства широко применяются кормовые добавки, которые позволяют регулировать не только массовые и ростовые, но и качественные показатели (Дюкарев и др., 1985; Привезенцев, 1991; Лукьянов, 2005; Перегудов, 2005).

Как правило, такие кормовые добавки имеют определенную функциональную направленность с выраженным действием одного или нескольких компонентов: полисахаридов, белков, липидов, минеральных веществ (Березов, Коровкин, 1998; Комова, Шведова, 2004; Северин, 2004). Большая часть таких добавок производится из отходов, накапливающихся при переработке гидро-бионтов (Куцакова и др., 2002; Киричко, 2003; Клычкова, 2004; Андриенко, 2008).

Несмотря на существенный вклад многих ученых в развитие технологии кормовых продуктов из отходов при обработке гидробионтов (Л.С.Абрамова, Н.П. Боева, E.H. Харенко, Н.П. Быкова, В.П. Зайцев, Л.Л. Лагунов, В.М. Дацун, A.IO. Звягинцев, H.H. Ковалев, Г.В. Ковров, В.В. Ошурков, Т.М. Сафронова, A.B. Перебейнос, А.П. Ярочкин, G.M. Berge, S. Manop, R.A.A. Muzzarelli, М. Falk, K.M. Rudall, С.Р. Savage, L. Sittiwat и др.), разработка технологий кормовых добавок, содержащих как пищевые, так и биологически активные компоненты, остается востребованной.

Аргументом в пользу привлечения отходов гидробионтов для получения кормовых добавок является их недоиспользование и значительный объем (Дацун, 1995; Петрулевич, 2005; Приморские рыбаки..., 2006; Мартынов, 2007; Дроздова и др., 2008; Рассадников, 2008; Рыбные ресурсы, 2008), а также повышенный спрос в России и за рубежом (особенно в странах АТР) на кормовые продукты из сырья морского происхождения (Maslennikov, Tretenichenko, 2006).

В то же время известны работы по технологии биологически активных веществ и добавок определенного действия из хрящевой и костной ткани, по-

лучаемых при разделке лососевых и других рыб (Мухин, Новиков, 2001; Пив-ненко, 2010; Сорокоумов, 2010), а также кальмаров (Суховерхова, 2006). При этом остается значительная масса отходов, потенциально пригодных для получения кормовых добавок (Андрусенко, 1988; Новикова, 2003).

Исходя из объемов возможного изъятия лососевых и кальмара (Руководство по..., 1998; Дударев и др., 2004; Мартынов, 2007; Рассадников, 2008; Обзор промысловой обстановки, 2012; Состояние промысловых ресурсов, 2011, 2013), рассчитано, что количество костно-мышечно-хрящевых компонентов (головы лососевых и кальмара) в Дальневосточном регионе может составлять 50-60 тыс. т в год для лососевых и 5-6 тыс. т для кальмара.

Биомодификация1 отходов от разделки гидробионтов позволяет перевести компоненты хрящевой и мышечной ткани в растворимое и легкоусвояемое состояние и тем самым повысить эффективность использования не только отходов как сырья, но и содержащихся в них биологически активных веществ.

Биологически активные вещества, содержащиеся в тканях голов кальмара и лососевых, способны регулировать обменные процессы в хрящевой ткани, участвовать в формировании тканей организма, оказывать профилактическое;; действие, выступать в качестве общеукрепляющих средств (Пат. РФ 2161002; Пат. РФ 2250047).

Потребителями кормовых добавок с подобными свойствами могут быть животные (птицы, свиньи, лошади, собаки, крупный рогатый скот и др.) и гид-робионты (рыбы).

Анализ литературы показал, что многие частные технологии кормовых добавок основаны на ферментной модификации сырья с целью повышения растворимости определенных компонентов (КоЬегйхнс!, 1996; 8Ьа^е1, Уи, 1999; Мухин, Новиков, 2001; Кузнецов, 2003; Шашкина и др., 2004; Ших и др., 2011), что заслуживает внимания и может являться отправной точкой для проведения дальнейших исследований.

1 Биомодификация - воздействие на органическую ткань различными методами с целью получения продукта, характеризующегося новыми свойствами.

Таким образом, учитывая наличие в составе отходов при переработке объектов морского промысла биологически активных веществ и опыт исследователей, показавших их функциональное действие, с одной стороны, а также значительный объем и необходимость рационального использования морского сырья -с другой, разработка технологии использования отходов, получаемых при разделке лососевых и кальмаров, для кормовых продуктов, является актуальной.

Целыо работы является разработка технологии кормовых добавок из мы-шечно-хрящевых отходов, полученных от разделки рыбы и кальмаров, на основе ферментации, повышающей содержание растворимых питательных и биологически активных компонентов в готовом продукте, а также — обоснование использования отходов после производства БАД.

Задачи исследований;

- исследовать химический состав отходов, полученных при разделке гидробионтов (головы кальмара и лососевых), в том числе - после получения из них биологически активных добавок (БАД);

- обосновать выбор ферментных препаратов для биомодификации мышечно-хрящевой ткани головоногих моллюсков и рыб;

-разработать рациональные параметры гидролиза сырья, способствующие повышению содержания растворимых нутриентов в готовом продукте, а также условия сушки.

- обосновать целесообразность получения кормовых добавок из отходов после выделения БАД;

- исследовать показатели безопасности, химический состав, пищевую и биологическую ценность кормовых добавок, установить сроки хранения готового продукта, провести оценку эффективности кормовых добавок на живых объектах;

- рассчитать экономическую эффективность производства кормовой добавки;

- разработать проекты технической документации (ТУ и ТИ) на кормовые добавки, полученные на основе биомодификации мышечно-хрящевых отходов от разделки и переработки рыб и головоногих моллюсков.

Научная новизна работы

Научно обоснована технология получения кормовых добавок, отличающихся высоким содержанием легкодоступных нутриентов, из отходов, полученных при разделке рыб и головоногих моллюсков, в том числе и после получения БАД (из голов кальмара и лососевых).

Научно обоснованы выбор ферментных препаратов в зависимости от их специфичности и состава сырья, рациональная продолжительность ферменто-лиза, для обеспечения максимальной пищевой доступности нутриентов белкового и полисахаридного происхождения.

На основании установленной зависимости степени удаления воды от толщины слоя продукта обоснованы режимы ИК-сушки ферментолизатов из голов кальмара и лососевых.

Показана высокая биологическая ценность кормовых добавок из голов кальмара и лососевых, в том числе в смеси со стандартным кормом.

Показано, что отличительной чертой разработанных кормовых добавок является высокое содержание легкодоступных и обладающих биологической активностью аминосахаров и аминокислот, а также полиненасыщенных жирных кислот и минеральных веществ.

Установлена эффективность использования кормовых добавок, определенная по увеличению массовых показателей при кормлении молоди кеты, симы и карася серебряного.

IIa основании результатов регламентированных показателей безопасности кормовых добавок, в том числе микробиологических, обоснованы условия и определены сроки их хранения.

Положения, выносимые на защиту:

- Мышечно-хрящевые отходы, получаемые при разделке лососевых и кальмаров, в том числе и после производства из них БАД, являются перспективным сырьем для изготовления кормовых добавок с высоким содержанием биологически активных нутриентов;

- Ферментативная модификация мышечно-хрящевой ткани голов кальмара и лососевых обеспечивает образование легкодоступных веществ белкового и полисахаридного происхождения.

- Обоснованные условия ферментолиза, последующей термообработки и хранения позволяют получить кормовые добавки с высокой биологической ценностью за счет аминокислот, аминосахаров и полиненасыщенных жирных кислот.

Практическая значимость работы

Разработана технология получения кормовых добавок из отходов после разделки гидробионтов с использованием рациональных условий биомодификации мышечно-хрящевых тканей.

Установлены основные параметры РЖ-сушки ферментолизата, заключающиеся в определении рациональной температуры и толщины слоя продукта.

На основании регламентированных показателей безопасности и качества готового продукта обоснованы условия и сроки хранения кормовых добавок.

Доказана эффективность кормовых добавок из голов кальмара (КДК) и из отходов после получения БАД на примере кормления молоди кеты и карася серебряного. Кормовую добавку из голов кальмара рекомендовано использовать, как стартовый корм для молоди кеты и карповых рыб.

Кормовую добавку из голов лососевых (КДР) с высоким содержанием белков и минеральных веществ рекомендовано использовать для сельскохозяйственных животных и продукционных рыбных кормов.

Рассчитана экономическая эффективность производства кормовой добавки из мышечно-хрящевой ткани гидробионтов.

Разработан проект технических условий ТУ 9283-345-00472012-2014 «Добавка кормовая из отходов водных биоресурсов» и ТИ 347-2014.

Новизна технического решения подтверждена патентом № 2460313 «Способ производства кормовой добавки хондропротекторной направленности из отходов морских гидробионтов».

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были представлены на Международной конференции, посвященной 70-летию С.М. Коновалова «Современное состояние водных биоресурсов» (Владивосток, 2008); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (Владивосток, 2010); IV Научно-практической конференции, «Пищевая и морская биотехнология - для здорового питания и решения медико-социальных проблем» (Светлогорск, 2011); Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья» (Владивосток, 2011).

Объектом исследования являются отходы от разделки гидробионтов и технология кормовых добавок из них.

Предметом исследований является способ биомодификации отходов, показатели качества и безопасности сырья и кормовых добавок.

Публикации

Основные результаты диссертации изложены в 9 печатных работах: 4 статьи в журнале из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ и 4 печатных работы в материалах конференций, получен 1 патент.

Структура и объем работы

Диссертация включает введение, обзор литературы, методическую часть, экспериментальную часть, выводы, список литературы, содержащий 434 источников (из них 366 отечественных, 68 зарубежных). Работа изложена на 186 страницах, содержит 54 таблицы, 25 рисунков и 10 приложений на 14 страницах.

Благодарности

Автор благодарит за руководство д.т.н., профессора Слуцкую Т.Н., за помощь сотрудников ФГУП «ТИНРО-Центр»: д.т.н. Ярочкина А.П., к.т.н. Купину Н.М., к.т.н. Давлетшину Т.А., к.т.н. Кузнецова Ю.Н., к.х.н. Павеля К.Г., Самойлову Н.С., Спицына И.А., Самойленко Г.В., д.б.н. Ковековдову JI.T., Попкова A.A., а также сотрудника ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз», Институт пищевых производств, доцента кафедры технологии пищевых производств Сахарову О.В.

Список сокращений:

А/К - аминокислоты

БАВ - биологически активные вещества

БАД - биологически активная добавка

ВСР - вторичные сырьевые ресурсы

ГЖХ - газо-жидкостная хроматография

ЕСТ - единые санитарно-эпидемиологические требования

ЕВТ - единые ветеринарно-санитарные требования

ЖК - жирные кислоты

КДК - кормовая добавка из кальмара

КДР - кормовая добавка из рыбы

КК - кормовой коэффициент

НАК - незаменимые аминокислоты

ОБЦ - относительная биологическая ценность

ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты

САК - свободные аминокислоты

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Значение вторичных сырьевых ресурсов для получения технической продукции

В рамках федеральной целевой программы «Развитие промышленной биотехнологии на период до 2020 года» разработано несколько проектов, направленных на использование гидробионтов и отходов от их переработки в целях производства биологически активных веществ (БАВ), пищевых и кормовых продуктов (Комплексная программа..., 2012).

Под отходами производства понимают остатки сырья и материалов, образующиеся в процессе изготовления основной продукции, которые неполностью утратили потребительскую ценность и могут быть использованы в качестве сырья при производстве новой продукции или непосредственно как вторичная продукция другого назначения (Дацун, 1995).

Недостаточный объем производства, и высокая стоимость кормовых продуктов являются препятствием для развития отечественного животноводства и аквакультуры. Использование рыбной муки ограничивается высокой ценой, а мясной и мясокостной - предупредительными мерами ветеринарного характера; традиционный для стран СНГ растительный белок в виде подсолнечного жмыха и шрота характеризуется недостаточным уровнем содержания незаменимых аминокислот (Пенионжкевич, 1969; Агеев и др., 1986; Игнатова, Колодяжная, 1989; Ибрагимов, 1990; Ваега, Ьес1егц, 1998; Кожарова, 2000).

Кроме того, недостаточное использование научного потенциала, кустарное производство кормов приводят к их низкому качеству, несбалансированности, недостатку белка и высоким издержкам производства (Тен, 1982; Пошли своим путем, 2005; Васько, 2006; Развитие рыбохозяйственного комплекса..., 2008).

При этом требуется увеличение ресурсов сырья для производства кормов - расширение посевных площадей, выращивание новых более продуктивных культур, что также связано со значительными затратами средств, трудовых ресурсов и длительного времени.

По данным ФАО, мировая потребность в рыбн�