Комплексная переработка опорно-каркасных и покровных тканей судака на функциональные продукты

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

05.18.04 Технология мясных, молочных, рыбных

продуктов и холодильных производств

05.18.07 Биотехнология пищевых продуктов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОПОРНО-КАРКАСНЫХ И ПОКРОВНЫХ ТКАНЕЙ СУДАКА НА ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОДУКТЫ

ЗЕМЛЯКОВА Евгения Сергеевна

Калининград - 2009



Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет» (ФГОУ ВПО «КГТУ»)

Научный руководитель почетный работник высшего образования России, доктор технических наук, профессор Мезенова Ольга Яковлевна

Официальные оппоненты: заслуженный работник рыбного хозяйства России, доктор технических наук, старший научный сотрудник Андреев Михаил Павлович

почетный работник рыбного хозяйства России, доктор технических наук, старший научный сотрудник Новикова Маргарита Владимировна

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский технологический институт биологической промышленности (ВНИИТИБП) РАСХН

Защита состоится «25» декабря 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 307.007.01 при ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет» по адресу: 236000, г. Калининград, Советский проспект 1. Факс (4012) 91-68-46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

Автореферат разослан « » ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Н.Л. Великанов



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сегодня в России ситуация со здоровьем населения по данным Института медико-биологических проблем РАН приближается к критической - абсолютно здоровых людей насчитывается не более 4 %. При этом одним из наиболее распространенных заболеваний, обусловленным нарушением обмена веществ в хрящевой и костной тканях, является остеоартрит (остеоартроз), при котором разрушается суставный хрящ и прилегающая костная ткань. Им страдают 33-48% всего населения планеты. Для предотвращения этого заболевания рацион человека наряду с питательными веществами для восстановления деградирующих тканей должен содержать и другие биологически активные вещества, участвующие в их регенерации - витамины, минеральные вещества, антиоксиданты, минорные компоненты.

По данным многочисленных исследований пища современного человека не может полностью обеспечить организм всеми необходимыми нутриентами, поэтому использование специальных биопрепаратов в качестве концентратов природных биологически активных веществ, предназначенных для компенсации химических потерь, а также функциональных (обогащенных) продуктов является важной социальной задачей (Пилат, 2002; Тутельян, 2008 и др.).

Вторичное природное сырье, в том числе опорно-каркасные и покровные ткани (ОКиПТ) рыб (кожа, кости, чешуя, плавники, головы), многими учеными рассматриваются как источник таких полезных для человека веществ, как протеины, витамины, минеральные компоненты, липиды, гликозаминогликаны. Имеются точные сведения о положительном влиянии данных веществ на метаболизм и регенерацию тканей, поврежденных в результате нарушения обменных процессов при заболеваниях костно-хрящевых тканей человека (Алексеева, 1995; Гичев, 2001 и др.). Коллаген, гликозаминогликаны и минеральные вещества, содержащиеся в ОКиПТ, являются готовым «строительным материалом», который способен внедряться в очаги воспаления и уменьшать его интенсивность (Данилевская, 2002; Руденко, 2006 и др.). Потому они входят в состав многих медицинских и профилактических препаратов, поддерживающих функции опорно-двигательного аппарата человека (Пилат, 2002).

С учетом выше изложенного представляется перспективной разработка комплексной технологии переработки опорно-каркасных и покровных тканей костистых рыб, богатых названными биологически активными компонентами, необходимыми для получения эффективных биопрепаратов, предназначенных для профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата человека. Принимая во внимание, что в Калининградском регионе в значительных количествах накапливаются ОКиПТ судака (до 50% массы вылавливаемой рыбы объемом 400-450 т в год), которые используются только для кормовых целей, является актуальной выработка из данного сырья пищевых функциональных биопрепаратов, полезных при остеоартритных заболеваниях.

Традиционным при лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата человека является применение лекарственных растений, которые благодаря наличию комплекса многих биологически активных компонентов (витаминов, гликозидов, флавоноидов, органических кислот, минеральных веществ и др.) способствуют повышению эффективности процесса восстановления больных тканей. С учетом биопотенциала данного сырья и рациональных способов его использования целесообразным видится применение популярных (например, шиповника) растений в виде водно-спиртовых фитоэкстрактов. Это позволяет не только обогатить продукт фитопарафармацевтиками, но и улучшить его органолептические качества, а также усовершенствовать технологию и избежать опасных консервантов в готовом продукте (Соколов, 2000).

Вопросами получения препаратов хондропротекторного и остеотропного действия из гидробионтов занимались многие ученые: Албулов А.И., Блинов Ю.Г., Бочаров Л.Н., Быкова В.М., Варламов В.П., Вахрушев А.И., Дацун В.М., Ежова Е.А., Каленик Т.К., Ковалев Н.Н., Максимова С.Н., Мукатова М.Д., Мухин В.А., Немцев С.В., Новиков В.Ю., Пивненко Т.Н., Сафронова Т.М., Слуцкая Т.Н., Сорокоумов И.М., Суховерхова Г.Ю., Сытова М.В., Харенко Е.Н., Эпштейн Л.М., Apinya А., Sittiwat L., Suthasinee N., Manop S. и др. Однако в их работах предложены технологии переработки хрящевых тканей таких рыб, как акулы, скаты, осетровые или морепродуктов (иглокожие беспозвоночные). Имеются также единичные данные по использованию биопотенциала твердых тканей костистых рыб (Суховерхова, 2006). Следует отметить, что известные работы преимущественно направлены на получение концентрированных препаратов хондроитинсульфата, что обуславливает потери значительной части биопотенциала других ценных нутриентов (минеральных веществ, глюкозамина, аминокислот и др.), необходимых для регенерации костно-хрящевых тканей человека. Кроме того, известные технологии преимущественно основаны на химическом подходе к производству, при этом продукт не всегда имеет приятные сенсорные свойства.

Принимая во внимание изложенное, представляется актуальным разработать способ комплексной переработки ОКиПТ рыб с использованием экстрактов растений, позволяющий получить пищевые биологически активные препараты с синергическим остеотропным и хондропротекторным действием и обладающий улучшенными органолептическими характеристиками. Для этого целесообразно использовать биотехнологический метод деградации сырья путем его ферментации в среде фитокомпонентов, что позволит не только сохранить его биопотенциал, но и обогатить продукт фитопарафармацевтиками. При этом обеспечивается надежность, безотходность и экологичность производства.

Цель работы заключалась в разработке на примере судака комплексной переработки опорно-каркасных и покровных тканей рыб для получения пищевых функциональных препаратов хондропротекторного и остеотропного действия. Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

провести анализ научной литературы в области получения и применения биологически активных препаратов и функциональных продуктов; судак рыба хондропротекторный остеотропный

исследовать биопотенциал ОКиПТ балтийского судака и возможность их комплексной переработки;

получить математическую модель и оптимизировать процесс ферментативного гидролиза ОКиПТ коллагеназой в среде фитоконсерванта;

разработать схемы дообработки растворимого продукта гидролиза и высокоминерализованной части ОКиПТ судака;

исследовать качество полученных биопрепаратов, отметить особенности органолептических признаков готовых форм;

оценить биологическую безопасность полученных препаратов, провести клинические испытания;

разработать комплексную технологию переработки ОКиПТ судака;

показать функциональность, обосновать рациональные схемы употребления и суточные дозы новых биопрепаратов;

провести производственные испытания и оценить эффективность работы;

подготовить проекты нормативной документации.

Научная новизна. Обоснована технология комплексной переработки опорно-каркасных и покровных тканей судака на пищевые функциональные препараты, предназначенные для людей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата. Изучен химический состав рыбного вторичного сырья, на основании которого обоснован биотехнологический способ его ферментативной деструкции пищевой коллагеназой в водно-спиртовом экстракте плодов шиповника. Способ позволяет перевести в растворенное состояние из ОКиПТ основную массу биологически активных веществ хондропротекторного действия, эффективных в высушенном состоянии (препарат «Хондроэффектин») и получить мелкодисперсную высокоминерализованную композицию нерастворенных ингредиентов, активных в составе биопрепарата остеотропной направленности (препарат «Протеоминераль»). Разработана математическая модель ферментативного гидролиза биотканей, связывающая выход растворенной фракции БАВ, массовые доли в ней сухих веществ и аминного азота, органолептическую оценку биопрепарата «Хондроэффектин» с продолжительностью ферментации и количеством коллагеназы, позволившая оптимизировать их значения. Исследованы качественные характеристики готовых высушенных форм препаратов «Хондроэффектин» и «Протеоминераль», подтвердившие их функциональность. С применением профильного метода охарактеризованы особенности органолептических признаков вкуса и запаха новых биопродуктов. Определены минеральный и жирнокислотный составы препаратов, представленные ценными микроэлементами (кальций, фосфор, магний и др.) и эссенциальными жирными кислотами (класса щ3 и щ6), определено содержание аскорбиновой кислоты, биофлавоноидов. С применением инфузорий Stylonichia mytilus и мышей белых показана биологическая безопасность препарата «Хондроэффектин», в клинических испытаниях установлен положительный эффект его применения.

Новизна технологического решения подтверждена Патентом РФ №2355240 на «Способ получения препарата хондропротекторного действия».

Практическая значимость работы заключается в выявлении перспективных сырьевых источников для производства доступных функциональных биопрепаратов, предназначенных для поддержания функции опорно-двигательного аппарата человека. На примере ОКиПТ судака разработан эффективный способ комплексной, безотходной, экологически безопасной переработки вторичного сырья рыбоперерабатывающих производств. Результаты экспериментальных исследований положительно апробированы в производственных условиях ООО «Калининградский морепродукт» (г. Светлый). Разработаны проекты нормативной документации на сырье и готовые биопрепараты «Хондроэффектин» и «Протеоминераль». Обоснованы исходные требования на оборудование по комплексной переработке вторичных рыбных отходов на биопрепараты хондропротекторного и остеотропного действия. Показана эффективность производства новых функциональных продуктов.

На защиту выносятся:

результаты научного проектирования ферментативной переработки опорно-каркасных и покровных тканей судака;

показатели качества препаратов «Хондроэффектин» и «Протеоминераль», обосновывающие их биологическую ценность, безопасность и функциональность (органолептические, физико-химические, биологические).

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на IV Съезде Общества Биотехнологов России (Москва, 2006), международной научно-практическая конференции «Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (Краснодар, 2007), III международной научно-технической конференции "Низкотемпературные и пищевые технологии" (Санкт-Петербург, 2007), международной научно-практической конференции, посвященной 5-летию со дня основания факультета биотехнологии, товароведения и экспертизы товаров (пос. Персиановский, 2008), международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и Пищевые продукты» (Москва, 2008), международной научной конференции «Исследования Мирового океана» (Владивосток, 2008), научно-практической конференции Общества Биотехнологов России "Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы" (Светлогорск, 2008), V съезде Общества Биотехнологов России (Москва, 2008), VI Юбилейной международной научной конференции, посвященной 50-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле "Инновации в науке и образовании - 2008" (Калининград, 2008), Первой международной научно-практической конференции, посвященной 450-летию города Астрахани "Биотехнологические процессы и продукты переработки биоресурсов водных и наземных экосистем" (Астрахань, 2008), международной научно-практической конференции «Олимпиада 2014: Технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания» (Краснодар, 2009), Международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2009» (Мурманск, 2009), VII международной научной конференции «Инновации в науке и образовании - 2009» (Калининград, 2009), VII международной научно-практической конференции «Производство рыбной продукции: проблемы, новые технологии, качество» (Светлогорск 2009), заседаниях кафедры пищевой биотехнологии (2006-2009 гг.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 21 научная работа, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 Патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, обзор литературы, методическую часть, результаты и их обсуждение, выводы, литературу (210 источников, в т.ч. 47 зарубежных). Работа изложена на 233 стр. компьютерного текста, содержит 39 таблиц, 14 рисунков и 14 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость работы, положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Обзор литературы» проведен анализ отечественной и иностранной литературы в области получения и применения функциональных пищевых продуктов и биопрепаратов. Показан потенциал недоиспользуемых рыбных ресурсов, лекарственных растений и возможности их применения. Проанализированы существующие направления переработки ОКиПТ животного происхождения, роль ферментов в технологии биопрепаратов, перспективы их применения при комплексной переработке вторичного рыбного сырья.

Во второй главе «Материалы и методы исследований» представлена схема исследований (рис. 1), приведена характеристика объектов и методов анализов. Основные эксперименты проводили на судаке Куршского залива Балтийского моря. Для исследования у рыб выделяли ОКиПТ, которые предварительно проваривали, зачищали от прирезей мяса и жировой ткани.



Рисунок 1 - Методологическая схема исследований

Органолептическую оценку целевых биопродуктов осуществляли с применением действующей НД, разработанных 5-балльных шкал с учетом коэффициентов значимости отдельных показателей качества, а также описательного профильного метода. Массовую долю воды, золы, азотистых веществ, жира, аминного азота, флавоноидов, а также микробиологические показатели определяли стандартными методами. Жирнокислотный (ЖК) состав липидной фракции жидкой части гидролизата исследовали по стандартной методике Германии (L.06.00-12), в Бремерхафенском институте пищевой биотехнологии, путем высокоэффективной жидкостной хроматографии с идентификацией жирных кислот на колонках Fused-Silica. Минеральный состав образцов определяли на атомно-абсорбционном спектрометре С-115-М1 и «КВАНТ Z.ЭТА» с электротермической атомизацией. Содержание хондроитинсульфатов определяли спектрофотометрически через анализ сульфат-ионов по фармакопейной статье (ФС № 42-1286-99). Массовую долю витамина С оценивали методом йодометрического титрования. Биологическую безопасность биопрепаратов определяли с применением инфузорий Stylonichia mytilus и мышей белых обоего пола в ФГУ «Калининградская межобластная ветеринарная лаборатория»; клинические исследования препарата «Хондроэффектин» проводили на базе ЦРБ «Славская поликлиника». Моделирование и оптимизацию ферментативного процесса осуществляли методом планирования эксперимента с применением ортогонального центрального композиционного плана (ОЦКП) второго порядка для двух факторов. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили стандартными методами на ПЭВМ с пакетом программ Microsoft Office (Word, Excel) и Mathcad 2000.

В третьей главе «Результаты исследования и их обсуждение» в разделе «Характеристика вторичного рыбного сырья, предназначенного для изготовления биопрепаратов, поддерживающих функции опорно-двигательной системы», на основании собственных результатов и литературных данных оценены объем вылова судака, массовый и химический состав его ОКиПТ, в том числе содержание макро- и микроэлементов, тяжелых металлов (табл. 1-3).

В связи с наличием на достаточно высоком уровне функциональных веществ в ОКиПТ судака и их безопасностью можно считать рациональной комплексную переработка данного сырья на биопрепараты хондропротекторного и остеотропного действия. Для максимального извлечения ценных ингредиентов из ОКиПТ целесообразно использовать биотехнологический метод их деградации.

Таблица 1 - Общий химический состав

Компонент состава	Массовая доля, %
Вода	30,30
Белки	28,75
Липиды	7,50
Мин. вещества	36,30
Хондроитинсульфат	0,60

Таблица 2 - Содержание тяжелых ОКиПТ судака металлов в ОКиПТ судака

Элемент	Допустимый уровень содержания, мг/кг, не более	В ОКиПТ, мг/кг
Pb	1,0	< 1
As	1,0	< 1
Cd	0,2	0,2
Hg	0,6	0,001

Таблица 3 - Содержание основных минеральных веществ в ОКиПТ судака

Вид сырья

Состав пробы, %

Состав пробы, ppm (10-4 %)

Fe

Mn

Na

K

Ca

Mg

Cu

Zn

Ni

Co

Cr

ОКиПТ

0,05

0,0012

0,26

0,17

8,42

0,31

< 5

370

14

<5

6

В разделе «Обоснование использования ферментов и фитоэкстрактов в технологии функциональных биодобавок» приводится анализ гидролитических ферментов и лекарственных растений, наиболее часто встречающихся в составе препаратов, поддерживающих функцию опорно-двигательного аппарата. Были проведены эксперименты по ферментации ОКиПТ судака пепсином, комплексом пищеварительных ферментов, протосубтилином Г10Х, коллагеназа пищевая. Анализ полученных результатов позволил выбрать в качестве основного «биологического ножа» коллагеназу гепатопанкреаса камчатского краба, обладающую наибольшей специфичностью к ОКиПТ, что сказалось на выходе растворимой фракции и ее органолептической характеристике. Рациональным источником эффективных фитокомпонентов из ряда лекарственных растений (календула, череда, чистотел и др.) были выбраны плоды шиповника. Они являются перспективным сырьём не только из-за повсеместного распространения и приятных органолептических свойств, но и наличия широкого спектра эффективных БАВ, целесообразных в составе биопрепаратов хондропротекторного и остеотропного действия. Высокое содержание витамина С (более 1% массы высушенных плодов), необходимого для образования основного компонента хряща - коллагена, а также наличие биоконсервантов (органических кислот, каротиноидов), ингибирующих септическое разрушение костно-хрящевых тканей и их окисление, явилось решающим фактором выбора данного сырья. Анализ способов введения компонентов шиповника позволил остановиться на применении его водно-спиртового экстракта, являющегося одновременно и консервирующей средой ферментации ОКиПТ - ключевой операции при их комплексной переработке.

В разделе «Моделирование и оптимизация процесса ферментативного гидролиза ОКиПТ судака» устанавливали оптимальные параметры ферментации сырья коллагеназой гепатопанкреаса краба в водно-спиртовом экстракте плодов шиповника, обуславливающие свойства конечных биопрепаратов. Эксперименты проводили с использованием ОЦКП второго порядка для двух факторов. В качестве варьируемых частных факторов, подлежащих оптимизации, в проводимом эксперименте после априорных опытов и литературного анализа были выделены (табл. 4) продолжительность ферментации ф, (ч) и количество вносимого фермента М, (% массы суспензии). Параметром оптимизации математической модели выбрана совокупная безразмерная характеристика y (обобщенный параметр оптимизации), объединяющая различные по физическому смыслу частные отклика - выход продукта (Мпр, %), массовую долю сухих веществ (Мс.в, %)., количество аминного азота, образующихся в полуфабрикатах при ферментации ОКиПТ (МАА, мл NaOH), балльная органолептическая оценка готовой продукции (О, баллы).

Таблица 4 - План эксперимента по моделированию и оптимизации процесса ферментации ОКиПТ судака и результаты его реализации

№	План эксперимента	Частные отклики	y
	ф, ч	М, %	М**пр, %	Мс.в., %	МАА, мл NaOH	О, баллы
1	18	1,00	44,91	8,0	9,9	10,5	0,0918
2	6	1,00	36,84	6,8	6,0	12,3	0,7482
3	18	0,02	36,32	7,0	8,8	11,5	0,3960
4	6	0,02	30,15	6,2	3,4	12,0	1,1927
5	18	0,51	42,31	7,7	9,3	12,0	0,0739
6	6	0,51	34,45	6,4	5,4	12,3	1,0743
7	12	1,00	41,53	7,5	8,3	13,0	0,5780
8	12	0,02	35,18	6,6	6,9	12,5	0,7409
9	12	0,51	39,80	7,4	7,7	14,5	0,5899

Примечание: *«идеалы» частных откликов, установленные по определению или в специальных экспериментах: Мпр= 45%; Мс.в.=8%; МАА=10мл; О=15 баллов;

**-выход продукта относительно массы сырья, поступившего на ферментацию



С целью получения достоверных данных ряд показателей в эксперименте поддерживали на постоянных уровнях, рациональные значения которых были определены в специальных экспериментах. Это: соотношение в системе «сырье: водно-спиртовой экстракт шиповника: вода = 1:3:6», температура гидролиза - 42°С, рН = 6,8 - 7,0.

Реализация плана эксперимента (табл. 4) и обработка полученных данных позволили рассчитать уравнение (1), адекватно связывающее обобщенный параметр оптимизации с изменяемыми факторами, которое позволяет прогнозировать качество продукта:

y =- 0,1099-0,1547х1-0,1006х2+0,0971х1х2+0,2418х12+0,2202х22 (1)

Графическая интерпретация полученной модели процесса ферментации ОКиПТ судака в натуральном виде приведена на рис. 2. Оптимальные значения факторов, установленные методом математического дифференцирования, представлены в виде координат точки экстремума: продолжительность ферментации - 12,7 ч; количество фермента - 0,82% к массе суспензии. Экспериментально полученные результаты были проверены на практике и послужили основанием для их внесения в нормативную документацию (Приложение Г, Д).

В разделах «Исследование состава и свойств растворенной фракции ферментированных гидролизатов ОКиПТ судака» и «Состав биопрепарата на основе плотного остатка гидролизата ОКиПТ» приводятся результаты оценки качества двух полученных препаратов - на основе растворенной проферментированной фракции ОКиПТ судака, названного «Хондроэффектин», и мелко суспензированного нерастворенного остатка, получившего название «Протеоминераль». Жидкий полуфабрикат, предназначенный для первого продукта, обезвоживали вакуумной сушкой при температуре 50-55єС и давлении Р = 1 - 1,5 кПа. Твердая часть системы, направляемая на получение второго продукта, сушилась при таких же параметрах вакуума и температуре 55-60єС. В обоих случаях сушка проводилась до конечного содержания воды в продукте 8-10%. Высушенные массы тонко измельчали и исследовали по органолептическим, физико-химическим и биологическим показателям (рис. 3-6, табл. 5).



На рис. 3-6 представлены профилограммы вкуса и запаха образцов высушенных форм обоих препаратов, сенсорно отражающие их качественно-количественную характеристику. Основные единичные составляющие вкуса (рис. 4, 6), выявленные в ходе дегустации и иллюстрированные на профилограммах, оказались следующими - шиповника, соленый, вареных крабов, вяленой рыбы, кислый, сладкий, специфический, острый, они выражены с различной степенью интенсивности, что количественно отражается в баллах от 0 до 5. Согласно профильной оценке, приведенной на рисунках 3 и 5, запах образцов препаратов можно представить как совокупность ароматов вареных крабов, кислого, сладости, вяленой рыбы, шиповника, также выраженных с различной степенью интенсивности. Следует отметить, что в обоих продуктах такие желательные вкусо-ароматические составляющие, как вареных крабов, шиповника, вяленой рыбы, проявляются отчетливо (2 - 4 балла), а нежелательные оттенки (кислый, автолизированной рыбы, горький, острый, гнилостный) либо полностью отсутствуют, либо выражены очень слабо.

Основные показатели качества биопрепаратов представлены в табл. 5.

Таблица 5 - Показатели качества образцов новых биопрепаратов

Показатели	Характеристика показателя препаратов
	«Хондроэффектин»	«Протеоминераль»
Внешний вид и цвет	Аморфный порошок цветом от светло-коричневого до темно-коричневого, однородный, без посторонних примесей	Мелко дисперсный легко рассыпающийся порошок цветом от светло-бежевого до светло-коричневого, без посторонних примесей
Запах	Свойственный данной продукции, с оттенком подвяленной рыбы, легким ароматом шиповника, без порочащих и посторонних запахов	Свойственный данной продукции, с оттенками запаха сушеной рыбы, обогащенными ароматами плодов шиповника, приятно сбалансированный, слабо интенсивный
Вкус	Свойственный, с привкусом внесенных компонентов шиповника, без посторонних оттенков
Выход готового продукта, (% массы сырья)	8	17
Массовая доля воды, %	10	10
Массовая доля жира, %	4,56	2,8
Массовая доля минеральных веществ, %	5,30	24,03
Сульфат-ионы, %	1,20	-
Общий азот, N общ.,%	11,38	4,13
Общий фосфор, Р общ, %.	0,65	6,98
Витамин С, %	2,37	-
Флавоноиды, мг%	0,5	-
Ca, %	0,84	12,84
Mg, %	0,20	0,40
Fe, %	0,036	0,047
Mn, %	0,001	0,004
Na, %	1,27	0,65
K, %	1,44	0,11
Cu, 10-4 %	< 5	40
Zn, 10-4 %	35	162
Ni, 10-4 %	< 5	14
Cr, 10-4 %	2	2

Видно, что оба препарата содержат низкое количество воды, и этот факт предопределяет их потенциальную хранимоспособность. Интерес в составе биопрепарата «Хондроэффектин» представляют данные по наличию функциональных веществ - хондроитинсульфата (1,2%) и витамина С (2,37%), обуславливающие его эффективность как хондропротекторного средства. Полученные значения были использованы для расчета суточных доз биопрепарата. Высокое содержание общего азота (11,38%) указывает на присутствие в препарате важных азотсодержащих веществ (глюкозамина, галактозамина, аминокислот и пептидов), участвующих в строительстве поврежденных костно-хрящевых тканей. Положительным моментом является факт количественного соотношения содержания кальция и фосфора, близкого к рекомендуемому Институтом Питания РАМН (Са : Р = 1:0,8). Важной составляющей качества этого продукта является присутствие ценных липидов (4,56%), стабилизированных фитофлавоноидами (0,5%).

В препарате «Протеоминераль» основными биологически активными компонентами являются минеральные вещества, при этом ключевое значение имеет кальций, присутствие которого достигает 12,8 %. Содержание фосфора на уровне 7%, азотистых веществ - 4,13 % при общем высоком выходе продукта (17%) предопределяет эффективность его получения и применения.

По результатам исследований на безопасность по содержанию тяжелых металлов (Pb, Ms, Cd, Hg) в новых препаратах данные показатели не превышают нормативного уровня, препараты можно считать экологически безопасными.

Состав липидов препарата «Хондроэффектин», приведенный в табл. 6, показывает, что липидная фракция препарата включает значительное количество важных полиненасыщенных жирных кислот (ЖК) классов щ 3 и щ 6 (17,4% и 8,1% соответственно), витамина F (линолевая, линоленовая, арахидоновая жирные кислоты), что свидетельствует о биологической ценности продукта по липотропно-хондропротекторному эффекту (Данилевская Н.Н. 2002; Руденко В.Г., 2006 и др.). Химическая устойчивость и стабильность липидов обеспечиваются высоким содержанием в препарате веществ стабилизаторов-антиоксидантов (табл. 5) - витамина С и биофлавоноидов (соответственно 2,37% и 0,5 мг%).

Таблица 6 - Содержание жирных кислот в липидах препарата «Хондроэффектин», %

Жирные кислоты (ЖК)	Содержание в липидной фракции
Сумма насыщенных ЖК, в т. ч.	28,79
14:0 (миристиновая)	3,54
15:0 (пентадекановая)	0,75
16:0 (пальмитиновая)	21,16
17:0 (маргариновая)	-
18:0 (стеариновая)	3,2
20:0 (арахиновая)	0,14
Сумма мононенасыщенных ЖК, в т.ч.:	38,62
14:1 (миристолеиновая) щ 6	0,25
16:1 (пальмитолеиновая) щ 7	14,02
18:1 (олеиновая) щ 9	23,13
18:1 (элаидиновая) щ 9	0,58
20:1 (гадолеиновая) щ 9	0,46
Сумма полиненасыщенных ЖК, в т. ч.	24,98
18:2 (линолевая) щ 6	4,96
18:3 (линоленовая) щ 3	3,39
20:2 (эйкозодиеновая) щ 6	0,26
20:4 (арахидоновая) щ 6	2,62
20:5 (эйкозопентаеновая) щ 3	4,50
22:5 (докозопентаеновая) щ 3	1,67
22:6 (докозогексаеновая) щ 3	7,58
Сумма щ 3 ЖК	17,14
Сумма щ 6 ЖК	8,09
Сумма щ 9 ЖК	24,17
ПНЖК/ НЖК	24,98/28,79

Анализируя химический состав и свойства препаратов «Хондроэффектин» и «Протеоминераль», можно сделать вывод, что они являются функциональными пищевыми продуктами, содержащими важные для опорно-двигательных тканей ингредиенты, которые участвуют в поддержании их постоянного химического состава. При этом «Хондроэффектин» обладает показателями по содержанию БАВ, ответственных за хондропротекторный эффект, а высокоминерализованный препарат «Протеоминераль» имеет состав, благотворный для остеотропного воздействия (Пилат, 2002).

В разделе «Оценка биологической безопасности, хранимоспособности и биологической активности» анализировали биологическую безопасность биопрепаратов двумя методами биотестирования - с применением в качестве тест-объекта инфузории Stylonychia mytilus (ГОСТ Р 52337-2005, «Хондроэффектин») и белых лабораторных мышей обоего пола (ГОСТ Р 52337-2005, оба препарата). Результаты первого испытания, свидетельствующие о благоприятном воздействии компонентов биопрепарата «Хондроэффектин» на простейшие организмы, представлены на рис. 7. Из данных рис. 7 видно, что с увеличением концентрации препарата «Хондроэффектин» в пробе до 0,9% выживаемость Stylonichia mytilus растет. Степень выживаемости инфузорий (95-100%), по которой делается заключение о безопасности продукта (80-100%), свидетельствует о нетоксичности данного препарата. При последующем повышении концентрации препарата до 1,1% выживаемость инфузорий несколько снижается, но значение показателя безопасности при апробированных дозировках остается на уровне «нетоксично».

По результатам арбитражных биологических испытаний на белых мышах оба препарата также оказались «нетоксичными».

Хранимоспособность новых препаратов определяли, оценивая их качество в течение 15 месяцев по изменениям органолептических характеристик, микробиологического показателя КМАФАнМ, сохранению функциональных свойств. Хранение сухих расфасованных форм осуществляли при температуре плюс 4 - 6 °C. Результаты исследования показали, что все показатели качества препаратов оставались стабильными на протяжении 12 месяцев наблюдений, далее проявлялись незначительные сенсорные дефекты. Это позволило регламентировать срок годности продуктов на уровне одного года.

Оценка биологической активности, проведенная путем клинических испытаний биопрепарата «Хондроэффектин» на добровольцах в условиях поликлиники г. Славска, подтвердила его эффективность как хондропротекторного средства (Приложение М).

Обоснование рекомендуемых суточных доз приема препаратов проведено путем анализа нормативных документов и экспериментально полученных данных. По содержанию хондроитинсульфата («Хондроэффектин») и кальция («Протеоминераль»), как основных функциональных веществ, с учетом «Методических рекомендаций 2.3.1.2432-08 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» были установлены следующие суточные дозы и рекомендуемые схемы приема разработанных продуктов: биопрепарат «Хондроэффектин» - 30 г в сутки (3 раза по 10 г, расфасовка в пакетики по 10 г); белково-минеральный препарат «Протеоминераль» - 10 г в сутки (2 раза по 5 г, расфасовка в пакетики по 5 г). Данные биопрепараты рекомендуются лицам в возрасте старше 40 лет, находящимся в риске спортивной или профессиональной микротравматизации хряща, а также спортсменам и людям, деятельность которых связана с тяжелым физическим трудом. Препарат «Протеоминераль» целесообразно также применять в качестве обогащающей добавки в составе хлебобулочных, колбасных и других поликомпонентных изделий с низким содержанием минеральных веществ.

Результаты исследований позволили обосновать «Технологическую схему получения биопрепаратов «Хондроэффектин» и «Протеоминераль» из ОКиПТ судака», которая представлена на рис. 8. Сущность технологии заключается в предварительной ферментации подготовленных вторичных тканей судака, качество которых регламентируется разработанной документацией (Приложение Б), в среде водно-спиртового экстракта шиповника препаратом «Коллагеназа пищевая» при обоснованных параметрах, после чего фермент инактивируют тепловой обработкой, систему фильтруют, разделяя ее на жидкую и плотную фракции.

Обе составляющие обезвоживают до массовой доли воды не более 10%. Для сушки жидкой части гидролизата, содержащей биоактивные компоненты хондропротекторного действия (хондроитинсульфат, гексозамины, витамин С, биофлавоноиды, аминокислоты и др.), необходимы щадящие условия, для чего рекомендуется использовать вакуумно-сушильный комплекс, распылительный метод или сублимационную установку (температура не должна превышать 55єС). Плотный остаток, включающий ценные минеральные вещества и белковые компоненты, эффективные при заболеваниях костной системы, рекомендуется сушить вакуумным способом, не допуская повышение температуры более 60єC. В итоге получают биопрепараты «Хондроэффектин» и «Протеоминераль», на изготовление которых подготовлены проекты нормативной документации (ТУ, ТИ, Приложение Г, Д, Е).

Рисунок 8 - Схема комплексной переработки ОКиПТ судака на препараты «Хондроэффектин» и «Протеоминераль»

Разработанная технология положительно апробирована в условиях ООО «Калининградские морепродукты», где были переработаны производственные ОКиПТ судака. Качество промышленных партии биопрепаратов положительно оценили специалисты предприятия. Результаты испытания рекомендованы к внедрению (Приложение Н). Разработаны исходные требования на соответствующее технологическое оборудование (Приложение Ж).

В разделе «Эффективность применения результатов исследования» показаны ее основные составляющие (социальный и экономический). Расчетным путем определено значение уровня качества препарата «Хондроэффектин», равное 2,39, что эквивалентно приросту эффекта от повышения качества продукта данного типа на 2,39 %. Приведены калькуляции затрат на себестоимость и стоимость обоих препаратов (Приложение И), свидетельствующие о возможности их рентабельного выпуска по доступным ценам для многих социальных слоев населения.



ВЫВОДЫ

Разработаны теоретические и практические основы комплексной переработки опорно-каркасных и покровных тканей рыб на пищевые функциональные продукты. Показано, что комплексная переработка ОКиПТ судака позволяет безотходно, экологически безопасно и экономически рентабельно получать из вторичного рыбного сырья эффективные препараты хондропротекторного и остеотропного действия.

Проведен анализ существующих технологий получения и применения функциональных продуктов и биологически активных композиций, поддерживающих функции опорно-двигательной системы человека, показавший рациональность ферментативного подхода к комплексной переработке вторичного рыбного сырья в сочетании с фитотехнологиями.

Исследован биотехнологический потенциал ОКиПТ балтийского судака, свидетельствующий о наличии в них важных биологически активных веществ (кальция, фосфора, магния, полиненасыщенных жирных кислот, хондроитинсульфата и др.), которые активно участвуют в регенерации опорно-двигательных тканей человека; доказана химическая безопасность данных ОКиПТ.

Показана возможность ферментации вторичных отходов от разделки судака пищевой коллагеназой, в ходе которой эффективным консервантом-синергистом, а также источником дополнительных БАВ является водно-спиртовой экстракт плодов шиповника. Обоснован состав данного экстракта, позволяющий достичь обогащения конечных биопрепаратов ценными функциональными ингредиентами при надежном антисептическом эффекте.

Получена математическая модель процесса ферментации ОКиПТ судака, адекватно связывающая обобщенный параметр оптимизации качества процесса и продукта на основе растворимого гидролизата с факторами биодеструкции тканей, позволившая установить характер влияния и оптимальные значения продолжительности и количества фермента.

Разработана схема дообработки растворенных продуктов гидролиза в водно-спиртовом экстракте шиповника и твердой высокоминерализованной части ОКиПТ судака, включающая их мягкую сушку при щадящей температуре, тонкое измельчение и формирование готовых форм.

Проведена оценка качества биопрепаратов по комплексу органолептических, физико-химических и биологических показателей, иллюстрирующая их рациональность применения и высокую пищевую ценность по содержанию минеральных веществ, полиненасыщенных жирных кислот липидов, антиоксидантов (витамина С, биофлавоноидов), сульфат-иона. Установлены особенности органолептических признаков вкуса и запаха новых продуктов.

С применением инфузорий Stylonichia mytilus и белых мышей доказана биологическая безопасность препаратов. Клинические испытания препарата «Хондроэффектин» показали его положительный биологический эффект.

Разработана схема комплексной переработки ОКиПТ судака, основанная на предварительной ферментации сырья коллагеназой в условиях биоконсервирования, инактивации фермента, разделении фракций, их сушке при мягких температурах, мелком диспергировании и приготовлении готовых форм.

Показана функциональность новых продуктов, обоснованы схемы их употребления, рекомендовано применение препарата «Протеоминераль» в технологиях обогащенных пищевых продуктов.

Достоверность разработки доказана ее апробацией в промышленных условиях ООО «Калининградские морепродукты». На технологический процесс и продукты разработаны проекты нормативной документации (ТИ и ТУ «Биопрепарат «Хондроэффектин» и ТУ «Биопрепарат «Протеоминераль»).

Проведена оценка эффективности разработанной технологии, основанная на принципах экономичности, безопасности, экологичности, свидетельствующая о рациональности ее внедрения в практику. 

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. В изданиях, рекомендованных ВАК:

2. Мезенова О.Я. Биологически активный препарат хондропротекторного действия из отходов от разделки судака /О.Я. Мезенова, Е.С. Землякова // Известия вузов. Пищевая технология. - 2007. - № 3. - С. 32 - 34.

3. Землякова Е.С. Биопрепарат из отходов от разделки судака / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Рыбпром. - 2008. - № 2. - С. 31-32.

4. Землякова Е.С. Тест-объект для определения токсичности / Е.С. Землякова, П.П. Потапов, О.Я. Мезенова // Рыбпром. - 2008. - № 3-4. - С. 32-33.

5. В других изданиях:

6. Землякова Е.С. О возможности получения препарата хондроитинсульфата из рыб балтийской акватории / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Материалы Четвертого съезда Общества Биотехнологов России (6 - 7 дек.) / Макс Пресс. - М., 2006. - С. 82 - 84.

7. Землякова Е.С. Биотехнологический способ получения БАД к пище хондропротекторного действия из отходов от разделки судака / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Проблемы и пути рациональной переработки сырья агропромышленного комплекса: сборник научных трудов / КГТУ. - Калининград, 2007. - С. 192-197.

8. Землякова Е.С. Получение препарата с противоостеоартрозным эффектом из отходов от разделки судака / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Рыбная промышленность. - 2007. - № 2. - С. 30 - 31.

9. Землякова Е.С. Биотехнология поликомпонентного продукта из отходов от разделки балтийского судака / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения: международная научно-практическая конференции (11 -- 12 окт.): материалы /КубГТУ. - Краснодар, 2007. - С. 109-111.

10. Землякова Е.С. Технология БАД к пище из костно-хрящевой ткани судака Балтийского моря / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: III Международная научно-техническая конференция (13-15 ноя.): материалы. - С-Пб., 2007. - С. 314 - 316.

11. Землякова Е.С. Биотехнологический способ переработки рыбных отходов с целью получения поликомпонентных пищевых препаратов / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова //Биотехнологические системы как один из инструментов реализации «Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы»: международная научно-практическая конференция, посвященная 5-летию со дня основания факультета биотехнологии, товароведения и экспертизы товаров (янв.): материалы / ДонГАУ. - пос. Персиановский, 2008. - С. 31-34.

12. Мезенова О.Я. Разработка технологии БАД к пище на основе коллагено-костно-хрящевых отходов рыб и экстрактов лекарственных трав /О.Я. Мезенова, Е.С. Землякова // Биотехнология. Вода и Пищевые продукты: международная научно-практическая конференции (11-13 марта): материалы. - М., 2008. - С. 146.

13. Землякова Е.С. Технология пищевой профилактической добавки к пище на основе коллагенсодержащих рыбных отходов /Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы: научно-практическая конференция (2 - 3 июля): тезисы. - М., 2008. - С. 58 - 60.

14. Мезенова О.Я. Биотехнологии пищевых продуктов, биологически активных веществ и композиций из водных биологических ресурсов / О.Я. Мезенова, Н.Ю. Ключко, Е.С. Землякова, К.Г. Анашкина // Исследования Мирового океана: международная научная конференция (26-30 мая): материалы / Дальрыбвтуз. - Владивосток, 2008. - С. 377 - 380.

15. Мезенова О.Я. Пищевой препарат, поддерживающий функции опорно-двигательной системы человека / О.Я. Мезенова, Е.С. Землякова // Пятый съезд Общества Биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова (2-4 дек.): материалы. - М., 2008. - С. 343 - 345.

16. Землякова Е.С. Технология полифункциональной обогащенной добавки к пище из непищевых тканей рыб /Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Инновации в науке и образовании - 2008: VI юбилейная международная научная конференция, посвященная 50-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле (21-23 окт.): материалы /КГТУ. - Калининград, 2008. - С. 294 - 297.

17. Мезенова О.Я. Разработка эффективных биотехнологий пищевых продуктов и биологически активных композиций из недоиспользуемых гидробионтов Балтийского моря / О.Я. Мезенова, Н.Ю. Ключко, Е.С. Землякова, К.Г. Анашкина // Биотехнологические процессы и продукты переработки биоресурсов водных и наземных экосистем: I Международная научно-практическая конференция, посвященная 450-летию города Астрахани (30 сен. - 3 окт.): материалы / АГТУ. - Астрахань, 2008. - С. 102-105.

18. Землякова Е.С. Моделирование и оптимизация процесса ферментации в технологии полифункциональной добавки / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Наука и образование - 2009: международная научно-техническая конференция (1 - 9 апр.): материалы / МГТУ. - Мурманск, 2009. - С. 396 - 399.

19. Землякова Е.С. Комплексное использование опорно-каркасных и покровных тканей судака в технологии биопрепаратов / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // «Инновации в науке и образовании - 2009»: VII Международная научная конференция (20-22 окт.): материалы / КГТУ. - Калининград, 2009. - С. 317-319.

20. Землякова Е.С. Моделирование и оптимизация процесса ферментации коллагено-костно-хрящевой ткани судака в технологии полифункциональной добавки / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Вестника научной молодежи - 2009, КГТУ. - Калининград, 2009. - С. 223-228.

21. Землякова Е.С. Комплексная переработка вторичного сырья от разделки судака с получением биопрепаратов / Е.С. Землякова, О.Я. Мезенова // Олимпиада 2014: Технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания: Международной научно-практической конференции (1-3 июня): материалы / КубГТУ. - Краснодар, 2009. - С. 119-121.

22. Мезенова О.Я. Биотехнологии обогащенных пищевых продуктов и биологически активных композиций из недоиспользуемых гидробионтов / О.Я. Мезенова, Н.Ю. Ключко, Е.С. Землякова, К.Г. Анашкина // Олимпиада 2014: Технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания: Международной научно-практической конференции (1-3 июня): материалы / КубГТУ. - Краснодар, 2009. - С. 209-211.

23. Пат. 2355240 РФ, МПК A 23 L 1/325, 1/30, 61 К 35/00. Способ получения препарата хондропротекторного действия / О.Я. Мезенова, Е.С. Землякова (Россия). - № 2008101342

Размещено на Allbest.ru

...