Протеолитические препараты

ВВЕДЕНИЕ

Ферменты, обладающие способностью гидролизовать белки, широко используются в самых различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Протеолитические ферменты выпускаются промышленностью в большом количестве, это крупнотоннажное производство. Протеиназы применяются в пищевой технологии, где идет процесс с использованием микроорганизмов (дрожжи, молочнокислые бактерии и др.). Введение в процесс протеиназ позволяет в результате гидролиза белков обрабатываемого сырья обеспечить дрожжам нормальные условия жизнедеятельности, что улучшает весь технологический процесс, особенно в пивоварении, спиртовой промышленности, виноделии. В ряде исследований показано, что протеолитические ферменты могут использоваться в хлебопечении для уменьшения длительности замесов при производстве заварных сортов хлеба и специальных изделий, изготавливаемых из муки с сильной клейковиной. Внесение в тесто небольших количеств амилаз и протеиназ увеличивает газообразование, улучшает аромат, цвет корочки и мякиша, позволяет сократить процесс тестоведения. Широко применяются протеиназы для снятия различного рода белковых помутнений в пивоварении и виноделии и для ускорения фильтрационных процессов. Протеолитические ферменты используются для мягчения (тендеризации) мяса, мясных изделий, рыбы, что облегчает и ускоряет обработку полупродуктов, повышает их качество. В мясной, рыбной промышленности и в кулинарии используются не только микробные протеиназы, но и протеиназы, получаемые из растительного и животного сырья. Высокоочищенные протеолитические ферменты могут с успехом использоваться в крахмало-паточной промышленности для выделения особенно чистого крахмала без сопутствующих белков.

Комплексные ферментные препараты, содержащие протеиназы, используются в пищеконцентратной и консервной промышленности при приготовлении концентратов из трудно развариваемых круп, гороха, фасоли и др.

Протеииазы могут использоваться в кожевенной промышленности для обработки кож в процессе их обезволашивания и мягчеиия с большим эффектом: улучшается качество шкуры, сохраняется толщина готовой кожи, отделенная щетина может использоваться как вторичное сырье, а главное - резко улучшаются условия труда работающих. Используются протеиназы при обработке натурального шелка для процесса снятия белка с поверхности шелковой нити.

Самая большая потребность в протеолитических ферментах связана с их использованием в составе синтетических моющих средств (CMC). Особенно эффективна обработка протеиназосодержащими CMC больничного белья, загрязненного кровью и другими выделениями белковой природы.

Протеолитические препараты, особенно животного происхождения, широко используются в медицинской промышленности и медицине. Они применяются для приготовления питательных и диагностических сред, для изготовления ряда лечебных сывороток и вакцин. Протеиназы различной степени очистки используются в качестве лекарственных препаратов для регулирования процессов свертывания крови, при лечении воспалительных процессов, для восполнения недостатка ферментов в организме и т. д [14].

1. Характеристика основных свойств пищевого сырья для производства протеолитических ферментов

Химический состав рыбы не является постоянным. Он существенно зависит не только от ее вида и физиологического состояния, но и от возраста, пола, места обитания, времени лова и других условий окружающей среды.

Содержание основных веществ в мясе рыбы может колебаться в следующих пределах: воды - от 46 % (угорь) до 92 % (зубатка синяя), жира - от 0,1 % (треска) до 54 % (угорь), азотистых веществ - от 5,4 % (палтус черный) до 27 % (тунец полосатый), минеральных веществ - от 0,1 % (зубатка полосатая) до 3 % (сайка).

Азотистые вещества в мясе рыбы представлены белками и небелковыми азотистыми веществами, соотношение которых у различных рыб неодинаково. Так, у костистых рыб азотистые вещества примерно на 85 % состоят из белков и на 15 % - из небелковых веществ; у хрящевых - количество небелковых азотистых веществ, как правило, значительно больше и может достигать 35 - 45 %, а иногда и 50 % общего азота.

От содержания и количественного соотношения белковых и небелковых азотистых веществ в мясе рыбы во многом зависят ее вкус, запах, консистенция, подверженность действию микроорганизмов и быстрота порчи при хранении.

Белки мяса рыбы по ценности не уступают белкам мяса теплокровных животных, их аминокислотный состав находится в оптимальных для питания человека соотношениях. Среди них имеются все незаменимые аминокислоты, в том числе имеющие особенно важное значение для организма человека: лизин, метионин, триптофан, называемые незаменимыми лимитирующими, от наличия, которых зависит полнота усвоения пищи и всех белков.

В состав мяса рыбы входят главным образом простые полноценные белки альбумины и глобулины. Белки глобулины - миозин, актин (Г и Ф), актомиозин, тропомиозии являются солерастворимыми, входят в состав миофибрилл мышечного волокна и составляют более половины всех белков мышц рыбы. Белки альбумины - миоген А и Б, глобулин X, миоальбумин являются водорастворимыми, входят в состав саркоплазмы, на их долю приходится около 25 % всех белков мяса рыбы.

Кроме простых белков, в состав мышечной ткани входят растворимые в слабых растворах щелочей и кислот сложные белки: нуклеопротеиды, фосфопротеиды, липопротеиды и глюкопротеиды (муцииы и мукоиды), которые при гидролизе отщепляют глюкозу, чем обусловливается сладковатый привкус мяса рыбы, а муцины к тому же придают и вязкость межтканевому соку.

Белки, входящие в состав сарколеммы мышечных волокон и соединительной ткани, представлены в основном простыми, устойчивыми к растворителям неполноценными белками, как правило, коллагеном и в весьма незначительном количестве эластином. При тепловой обработке коллаген переходит в глютин, который обладает высокой гидрофильностью, чем и объясняется нежность и сочность мяса рыбы.

Белки мяса рыбы по сравнению с белками мяса теплокровных животных отличаются высокой (до 97 %) усвояемостью. Это обусловлено тем, что белки соединительной ткани рыбы составляют около 3 %, в то время как в мясе теплокровных животных содержание их доходит до 20 % общего количества белков.

Небелковые азотистые вещества, легко растворяясь в воде, часто называются азотистыми экстрактивными веществами. Они представлены следующими группами соединений: летучими основаниями (моно-, ди- и триметиламины, аммиак), триметиламмониевыми основаниями (триметиламиноксид, бетаины и др.); производными основаниями гуапидина (креатин, крсатинин, аргинин); производными пурина (гипоксантин, ксантин и др.); производными амидазола (гистидин, карнозин и ансерин); смешанной группой (мочевина, свободные аминокислоты).

Азотистые экстрактивные вещества мяса рыбы, содержащиеся в оптимальных количествах, играют весьма заметную роль в пищеварении. Воздействуя на нервные окончания пищеварительных органов, они тем самым вызывают выделение желудочного сока, способствуя появлению аппетита и лучшему усвоению пищи. Некоторые из этих веществ обусловливают специфический вкус и запах рыбы.

Жир рыб представлен в основном ненасыщенными жирными кислотами (до 84 %), в том числе высоконепредельными - с 4 - 6 двойными связями, которые в жирах наземных животных отсутствуют.

Жир рыбы легко усваивается, характеризуется высокой пищевой ценностью и витаминной активностью, является ценным источником несинтезируемых в организме линолевой, линоленовой и арахидоновой кислот, которые нормализуют лсировой обмен, способствуют выведению из организма избытка холестерина, защищают организм от вредного действия у-лучей и придают кровеносным сосудам эластичность.

В жире рыб присутствуют в небольших количествах фосфатиды (лецитин, кефалин), стериды и стерины (холестерин), красящие вещества, жирорастворимые витамины и другие сопутствующие жирам вещества. При хранении рыбы сопутствующие вещества легко подвергаются окислению, вызывая ухудшение вкуса.

Минеральный состав мяса рыбы характеризуется исключительным разнообразием. Больше всего в мясе рыб содержится фосфора, калия, натрия, кальция, магния, в значительных количествах найдены микроэлементы, такие, как йод, медь, бром, цинк, марганец, кобальт и др. Морские рыбы по содержанию и разнообразию более богаты минеральными веществами и особенно микроэлементами, чем пресноводные.

Углеводы рыбы представлены в основном гликогеном. Из-за малого содержания их в мясе рыб роль их в пищевом отношении невелика, однако углеводы оказывают значительное влияние на формирование вкуса, запаха и цвета рыбных продуктов. Полагают, что потемнение мяса рыбы при вялении, сушке, обжарке происходит также и за счет образования меланоидинов. Сладковатый вкус рыбы и рыбных бульонов объясняется гидролитическим расщеплением гликогена до глюкозы.

Витамины в мясе рыбы содержатся в небольшом количестве. Значительная часть их находится в печени, меньшая - в других внутренних органах. В рыбе преимущественно содержатся жирорастворимые витамины A, D, Е, К, а из водорастворимых - витамины группы В: (В, В2, Be, Вс, Вт), а также витамины Н, С, РР, пантотеновая кислота и инозит [22].

Химический состав и пищевая ценность рыб представлены в таблице 1.

Таблица 1- Химический состав и пищевая ценность рыб

В рыбе можно выделить белки мышечной ткани, белки соединительной ткани, гонад (половых продуктов икры и молок), костной ткани.

Белки мышечной ткани: миофибриллярные (миозин, актин, актомиозин и др.), белки саркоплазмы (миоген, альбумин, глобулин и др.), белки сарколеммы - оболочки мышечного волокна и связанной с ней соединительной ткани эндомизия и перемизия (коллаген, эластин), белки ядра мышечного волокна (нуклеопротеиды, фосфопротеиды).

Миофибриллярные белки относятся к солерастворимым. Они характеризуются полной биологической полноценностью и отличаются высокой влагоудерживающей способностью. Их содержание достигает 75-80 % от общего количества белков мышечной ткани. Высокое содержание гигроскопичных белков объясняет причину невысокой потери влаги при термической обработке рыбы, что и обеспечивает достаточно хорошую сочность и усвояемость кулинарных изделий из рыбы (отварной, печеной, жареной рыбы и др.).

Саркоплазматические белки (цитоплазмы) относятся к водорастворимым. Большинство из них является ферментами и ускоряет биохимические процессы при хранении рыбы. Их содержание в мышечной ткани -18-20 % от общего количества белков.

Белки сарколеммы (оболочки) мышечного волокна, белки соединительной ткани, органически связанной с оболочкой (эндомизиел), и белки септ (более прочной соединительной ткани перемизия) представлены коллагеном и эластином. Это неполноценные белки, так как в своем составе не содержат незаменимой аминокислоты триптофона. Эластина совсем немного (0,1 %), и поэтому соединительная ткань рыб представлена практически одним коллагеном. Эти белки устойчивы к действию различных растворов. Но под действием тепла коллаген разрушается, переходит в более растворимое вещество - глютин и в виде водного раствора хорошо усваивается организмом человека. Рыбные бульоны (как и мясные), богатые глютином (золь) при охлаждении образуют студень (гель). Коллаген является источником тех аминокислот, которых мало в полноценных белках, и в этом его пищевая ценность.

Соединительная ткань разных видов рыб содержит неодинаковое количество коллагена различной структуры, более плотной у крупных рыб (акулы) и более нежной у мелких, особенно пресноводных рыб. Содержание коллагена у разных рыб - от 1,7 % (у стерляди) до 10% (у акулы).

Рассмотренные выше белки мышечной ткани относятся к простым (протеинам). Однако в мышечной ткани находятся и сложные белки (протеиды), которые представляют собой соединения протеинов с другими веществами (углеводами, жирами, нуклеиновыми кислотами и т. д.): нуклеопротеиды, фосфоропротеиды, глюкопротеиды, липопротеиды.

В ядре мышечного волокна сосредоточены фосфо - и нуклеопротеиды. Последние состоят из нуклеиновых кислот, остатка фосфорных кислот и азотистых соединений (пуриновых, пиримидиновых оснований). Нуклеопротеиды и фосфопротеиды являются главными источниками белкового фосфора, обусловливающего высокую раздражимость клеток и тканей, в состав которых он входит. Содержание белкового фосфора (в пересчете на фосфорный ангидрид) составляет от 0,26 («осетр») до 0,63 («камбала») массы мяса.

Липопротеиды содержат в своем составе жиры, не только простые (триглицериды), но и сложные (фосфатиды). Наиболее распространенным фосфатидом является лецитин. В клетках мышечной ткани содержатся структурные липопротеиды, включающие лецитин, богатый фосфором. Следовательно, липопротеиды являются источником лецитинового фосфора: от 1,16 («осетр») до 0,64 % («треска») массы мяса, в пересчете на фосфорный ангидрид.

В гонадах (икре, молоке) содержатся простые белки (протамины, гистоны), которые характеризуются упрощенным составом аминокислот с преобладанием диаминокислот основного характера, что повышает рН среды и делает эти продукты менее устойчивыми при хранении, чем мясо рыбы. Кроме того, в половых продуктах рыб содержатся и сложные белки (ли-попротеиновый и глюкопротеиновый комплексы), которые обеспечивают вязкость икры. Из фосфопротеидов в икре следует отметить белок ихтулин, содержание которого составляет 10-25 % всего белкового состава.

Белки костной ткани представлены оссеином, по аминокислотному составу и свойствам близким к коллагену. Химическая связь между оссеином и минеральным составом кости рыбы менее прочна, чем в костной ткани животных и птиц. Это особенно становится заметным в процессе тепловой обработки рыбы, когда идет процесс глютинизации оссеина и структурно-механические свойства (прочность) кости понижаются.

Витамины содержатся в различных частях и органах рыб. Жирорастворимые витамины (А, Д, К) преобладают в тех частях и органах, где накапливаются жиры. Это прежде всего печень. Из печени трески, акул вырабатывают рыбий жир (медицинский) с большим содержанием витаминов. В рыбьем жире содержатся эссенциальные жирные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая), которые в комплексе образуют витамин К.

Из водорастворимых витаминов отмечено достаточное содержание в мышечной ткани витаминов B1 (тиамин) и В2 (рибофлавин). Внутренние органы рыб содержат витамин В12, являющийся кроветворным катализатором, отсутствие которого может привести к злокачественной анемии.

В органах и тканях рыб содержатся ферменты всех шести классов по систематической номенклатуре комиссии по ферментам Международного биохимического союза от 1961 года: оксидоредуктазы (окислительно-восстановительные), трансферазы (ферменты переноса), гидролазы (ферменты расщепления с участием воды), лиазы (ферменты расщепления без участия воды), изомеразы (ферменты превращений), лигазы (ферменты синтеза). Значительные колебания в уровне активности мышечных протеаз (пептидгидролаз) отмечены в зависимости от размера рыбы и сезона вылова.

Вода в тканях и органах рыбы находится в свободном и связанном состоянии. Свободная вода - это жидкость в межклеточном пространстве, в плазме крови и лимфе, кроме того, удерживаемая механически в макро-и микрокапиллярах за счет сил поверхностного натяжения, кроме того осмотически удерживаемая в клетках давлением растворов. Имеет место также химически связанная вода, входящая в состав молекулы вещества.

Связанная вода адсорбционно удерживается в коллоидах (белках, гликогене) силами электрического притяжения. Связанная вода, будучи трудноотделимой, в определенной степени обеспечивает плотность тканей вместе с коллоидами (прежде всего белками). Она не принимает участия в реакциях ферментативного или микробиологического характера и тем самым способствует консервации продукта.

Соотношение свободной и связанной воды в мышечной ткани рыб разных видов неодинаковое. Общее содержание влаги - от 52 до 85 %, из них свободной до - 75,5 % и менее связанной до 9,5 % и более[32].

Активность ферментной системы мышечной ткани и внутренних органов прудовых видов рыб.

В качестве объектов исследования были использованы прудовые виды рыб осеннего вылова, выращиваемые в Икрянинском районе Астраханской области: толстолобик (Hypophthalmichthys), карп (Cyprinus carpio) и белый амур (Ctenopharyngodon).

Был изучен химический состав мышечной ткани указанных видов рыб по ГОСТ 7636-85 и рассчитана энергетическая ценность их мяса (таблица2).

Таблица 2. - Химический состав мышечной ткани прудовых видов рыб осеннего вылова

Анализ данных таблицы 2 показывает, что толстолобик, карп, белый амур относятся к белковым рыбам. Содержание белка в мышечной ткани исследуемых рыб в среднем составляет от 16,3 до 18,7 %. Общее содержание жира в мышечной ткани толстолобика - 8,1 % - значительно больше, чем в мышечной ткани карпа и белого амура - от 4,6 до 6,0 % соответственно.

Такая же последовательность сохраняется по уровню энергетической ценности их мяса.

Изменения в тканях рыбы под действием ее собственных ферментов называются автолизом. Автолиз вызывается группой ферментов, включающих в себя протеазы, липазы, амилазы, но основную роль в этом процессе играют протеолитические ферменты катепсин, пепсин и трипсин, активность которых проявляется при различных значениях рН среды. Так, для трипсина оптимум проявляется в щелочной среде - рН 8,0; пепсина - в кислой среде - рН 2,5; катепсины активны в среде, близкой к нейтральной - рН 6,8-7,2.

Для изучения протеолитической активности (ПА) ферментной системы мышечной ткани и внутренних органов прудовых видов рыб была проведена серия экспериментов по определению константы автопротеолиза мышечной ткани и внутренних органов. Активность катепсинов мышечной ткани определяли по методике Л. В. Антиповой, активность ферментной системы внутренних органов - по методике Г. Т. Некрасовой. Активность ферментных препаратов, полученных из внутренних органов, устанавливали по методу Ансона.

Константа автопротеолиза определена по содержанию тирозина в подготовленной пробе до и после термостатирования при температуре 40 ºС продолжительностью 1 час (таблица 3).

Таблица 3. - Константы автопротеолиза мышечной ткани и внутренних органов прудовых видов рыб.

Анализ данных таблицы 2 показывает, что константа автопротеолиза мышечной ткани белого амура < карпа < толстолобика и возрастает от 72,26 до 112,4  соответственно. Такая же последовательность увеличения активности сохраняется для внутренних органов рыб - от 189,5 до 258,15. Выявлено, что наиболее активная ферментная система у толстолобика.

Протеолитическая активность катепсинов мышечной ткани названных прудовых рыб была определена по вышеуказанной методике при естественном значении рН, равном 6,0-6,5.

Сущность метода заключается в получении экстракта катепсинов мышечной ткани и определении ПА катепсинов фотометрическим методом.

На рисунке 1 представлена ПА катепсинов мышечной ткани прудовых рыб.

Рисунок 1. - Протеолитическая активность катепсинов мышечной ткани прудовых рыб при естественном значении рН 6,0-6,5: Карп (Cyprinus carpio); толстолобик (Hypophthalmichthys);белый амур (Ctenopharyngodon)

Активность ферментных препаратов из внутренностей снижается незначительно в процессе выделения. Степень снижения ПА ферментных препаратов при получении из внутренностей карпа, белого амура составляет 98-98,7 %, толстолобика - 99,6 %. Ферментные препараты, полученные из внутренностей белого амура, карпа и толстолобика и имеющие активность 2,39-2,79 ед./г, могут быть использования для ускорения процессов созревания продукции из их мышечной ткани.

Таким образом, в результате исследований было установлено, что ПА мышечной ткани имеет низкие значения - 0,03-0,06 ед./г, внутренних органов - 2,42-2,8 ед./г. Активность ферментных препаратов, полученных из внутренностей белого амура, карпа и толстолобика, составляет 2,39-2,79 ед./г в зависимости от вида рыб[34].

пищевой сырье ферментный протеолитический

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОБОСНОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВНЫХ ЭТАПАХ ПРОИЗВОДСТВА протеолитических ферментов

Центрифугирование - разделение в поле центробежных сил жидких дисперсных систем <#"810625.files/image003.gif">

(rрт - макс. внутр. радиус ротора), отражающий интенсивность центробежного поля; скорость центрифугирования - производительность центробежной машины по исходной жидкой системе или составляющим ее компонентам; унос - содержание твердой фазы в фугате (фильтрате); насыщенность осадка жидкой фазой (в т. ч. влажность осадка) после центрифугирования.; крупность разделения - миним. размер частиц, улавливаемых при центробежном осаждении.

При центробежном осаждении движение твердых частиц происходит под действием центробежной силы

(d - диаметр частицы;- разность плотностей твердой и жидкой фаз;- расстояние от частицы до оси вращения ротора) и силы сопротивления жидкой среды S.

Соотношение этих сил определяет скорость осаждения w. При ламинарном режиме, характерном для осветления, сила S выражается законом Стокса:

 и

где динамическая вязкость жидкой фазы. Для турбулентного режима при осаждении крупных частиц высококонцентрирированных суспензий сила S находится из уравнения

(- коэф. лобового сопротивления; рж - плотность жидкой фазы). Гидродинамика потока определяет время пребывания частиц в роторе, a w- время осаждения; сопоставление этих величин позволяет найти крупность разделения.

Для расчета кинетики процесса центробежного осаждения и фильтрования используют закон Дарси - Вейсбаха; движущая сила (перепад давления ) определяется центробежным полем, действующим на суспензию

где- плотность суспензии; rж - радиус своб. пов-сти жидкости (рис. 1, б). На оказывает влияние проскальзывание жидкости над слоем осадка. Период может протекать при различных режимах; наиболее характерны режимы при постоянных и производительности по суспензии. Из-за сложности центрифугирования производительность центробежных машин оценивают чаще всего путем моделирования по так называемому индексу производительности подразумевая под F в первом приближении площадь боковой поверхности ротора. Физический смысл заключается в том, что по аналогии с осаждением в отстойниках производительность центрифуг также пропорциональна площади рабочей поверхности, однако за счет центробежного поля увеличивается на фактор Fr. В зависимости от конструктивных особенностей ротора для машин каждого типа определяется своим уравнением и используется при перерасчете производительности с одного типоразмера центрифуги на иной. Моделирование осуществляется при геометрическом подобии роторов и идентичности определяющих критериев процесса.

Ассортимент вырабатываемой продукции

Протеолитические ферменты (протеазы) является активным компонентам во многих ферментных препаратах <#"810625.files/image019.gif">

Рисунок 2. Универсальный механизированный дефростер непрерывного действия Н2-ИТА113

Измельчение.

Измельчение рыбного сырья может быть предварительным, грубым и тонким. К машинам для предварительного измельчения относятся порционирующие и другие машины (ленточные пилы, рыборезки-дробилки и т.д.), разрезающие сырье и мороженые блоки на куски. Основным видом техники для грубого измельчения сырья являются сепараторы типа «Фарш» и волчки. Для тонкого измельчения полуфабриката применяются куттеры, коллоидные мельницы, гомогенизаторы [1].

Общий вид простейшего промышленного волчка показан на рисунке 3.

Подобные волчки широко применяются в столовых, производственных цехах при выпуске полуфабрикатов и кулинарии. Они могут измельчать сырое и вареное мясо, сало, рыбное и другое сырье.

Рыбный сепаратор «Фарш-4-500» предназначен для грубого измельчения рыбного сырья с одновременным отделением кожи от костей от вырабатываемого рыбного фарша. Он перерабатывает филе или тушки рыб длиной до 400 мм и используется на судах и береговых предприятиях.

Технологический процесс грубого измельчения сырья осуществляется следующим образом. Сырье загружается в лоток приемного бункера сепаратора, после чего попадает под ножевой барабан для предварительного разрезания его на куски. Далее сырье попадает на ленту, которая огибает перфорированный баран. Движение ленты и поверхности барабана совпадают по направлению, но несколько отличаются по числовым значениям скоростей. Сырье перемещается лентой к поверхности двигающегося барабана и затягивается между барабаном и лентой. Мясо продавливается через отверстие в барабане в его внутреннюю полость, а кости и кожа остаются между лентой и наружной поверхностью барабана. При дальнейшем движении ленты кости, и кожа отводятся в лоток. Фарш из внутренней полости барабана передается на дальнейшую обработку. Продавливание мяса сырья через перфорацию барабана регулируется прижимными роликами, установленными с обратной стороны ленты.

Нож служит для очистки наружной поверхности барабана. На этом принципе работает ряд отечественных сепараторов, а также некоторые импортные сепараторы (например, фирмы «Баадер»).

Производительность сепаратора 450-500 кг/ч, диаметр перфорированного барабана 400 мм, диаметр перфорации 5 мм, мощность электродвигателя 2 кВт, число обслуживающего персонала 1 человек[1].

Рисунок 3 - Схема установки конденсатоотводчика: 1 - теплообменник; 2 - продувочный вентиль; 3- конденсатоотводчик; 4 - вентили; 5 - отводная линия

Экстрагирование.

Экстракция может быть разовой (однократной или многократной) или непрерывной (перколяция).

Простейший способ экстракции из раствора - однократная или многократная промывка экстрагентом в делительной воронке. Делительная воронка представляет собой сосуд с пробкой и краном для слива нижнего слоя жидкости. Для непрерывной экстракции используются специальные аппараты - экстракторы, или перколяторы.

Для извлечения индивидуального вещества или определённой смеси из сухих продуктов в лабораториях широко применяется непрерывная экстракция по Сокслету.

В лабораторной практике химического синтеза экстракция может применяться для выделения чистого вещества из реакционной смеси или для непрерывного удаления одного из продуктов реакции из реакционной смеси в ходе синтеза.

Ступенчатые смесительно отстойные экстракторы состоят из нескольких ступеней (смеситель фаз и отстойник), где обе жидкости интенсивно перемешиваются и затем разделяются. Перемещение и смешение жидкостей производится с помощью мешалок, насосов, инжекторов и т.д. Ступени экстракции могут располагаться как в одной горизонтальной плоскости (на едином основании), так и на разноуровневых несущих конструкциях (эстакадах).

Гравитационно колоночные экстракторы распылительно-противоточного, ситчато-тарельчатого и насадочного типов, представляют из себя полные колонны к верхней и нижней частям которых подводятся различные жидкие фазы в проточном режиме. Внутреннее содержимое колонн состоит из полочных, тарельчатых или ситчатых элементов, контактной загрузки (кольца Рашига, дробленые куски минерала или кокса, пластиковые элементы и т.д.). Гравитационные экстракторы отличаются простой конструкции, низкой стоимостью оборудованиями и эксплуатационных затрат [8].

Распылительный экстрактор представляет собой полую колонну, заполненную тяжеленной жидкостью, которая перемещается сверху вниз. В нижней части колонны смонтирован распылитель. Легкая жидкость, пройдя распылитель, распадается на маленькие капли, всплывающие наверх. В высшей части колонны капли соединяются и образуют маленький слой. Из этого слоя через верхний патрубок легкая жидкость, обогащенная извлекаемым компонентом, выводится из колонны [11].

Рисунок 4 - Распылительный экстрактор

Центрифугирование.

В зависимости от того, какая фаза движется относительно другой, различают два основных метода разделения: осаждение и фильтрование. В процессе осаждения частицы движутся относительно сплошной среды. Относительное перемещение фаз может происходить при воздействии на них какого-либо силового поля. Для разделения неоднородных сред в технике используются гравитационное, центробежное и электрическое поля.

Декантерная центрифуга Foodec 300 предназначена для обработки пищевых продуктов и напитков, для которых необходим высокий уровень гигиены и соответствие строгим санитарным нормам.

Благодаря своей конструкции декантерные центрифуги серии Foodec сводят к минимуму возможность окисления при производстве требующих осторожного обращения пищевых продуктов и напитков, сочетая необычайно высокую эффективность с исключительной гигиеничностью. Они чрезвычайно эффективно экстрагируют жидкость, оставляя очень сухой остаток, который идет в отходы [16].

Сепарирование.

Непрерывнодействующие отстойные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка (НОГШ). Центрифуга состоит из ротора и внутреннего шнекового устройства, заключенных в корпус. Суспензия подается через центральную трубу в полый вал шнека. На выходе из этой трубы внутри шнека суспензия под действием центробежной силы распределяется в полости ротора. Ротор вращается в кожухе в полых цапфах. Шнек вращается в цапфах, находящихся внутри цапф ротора. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам ротора, а жидкость образует внутреннее кольцо, толщина которого определяется положением сливных отверстий на торце ротора. Образовавшийся осадок перемещается вследствие отставания скорости вращения шнека от скорости вращения ротора к отверстиям в роторе, через которые он выводится в камеру 6 и удаляется из центрифуги. При движении вдоль ротора осадок уплотняется. При необходимости он может быть промыт.

Рисунок 5. Непрерывнодействующая отстойная горизонтальная центрифуга со шнековой выгрузкой осадка:1 - корпус; 2 - ротор; 3 - шнековое устройство; 4 - полый вал; 5 - центральная труба; 6-камера осадка; 7- патрубок для фильтрата

Осветленная жидкость отводится через сливные отверстия в камеру фильтрата и удаляется через патрубок.

Путем изменения частоты вращения ротора и шнека можно регулировать режим работы центрифуги, изменяя продолжительность отстаивания и выгрузки осадка.

Центрифуги типа НОГШ обладают высокой производительностью и применяются для разделения тонкодисперсных суспензий с высокой концентрацией твердой фазы[1].

7. Современные подходы к совершенствованию способов переработки

Рыба является основным сырьевым ресурсом для большинства предприятий, занимающихся выловом и обработкой гидробионтов. Видовое разнообразие рыб велико, но благодаря сходности строений организмов всех рыб при переработке в большинстве случаев отходами являются сходные части тела рыб.

При обработке рыбных объектов отходы производства составляют 60 %. На пищевые отходы приходится 40-45 % сырья, поступившего на обработку, что весьма значительно. К непищевым отходам относят кости рыб, кровь, органы пищеварительного тракта, гонады, слизь, чешую, кожу. Слизь составляет для некоторых видов рыб более 20 % массы тела и теряется при мойке рыбы. Она на 80-90 % состоит из воды и содержит 10-12 % сухих веществ. В состав сухих веществ в основном входят липиды и минеральные вещества. При утилизации слизи возможно получение ряда аминокислот, в том числе незаменимых, а также фосфатидов и холестерина.

В теле рыбы полезные вещества распределены неравномерно - большая часть содержится во внутренних органах, что и определяет высокую биологическую ценность отходов переработки рыбы.

Отходы, образующиеся при переработке рыбы, содержат большое количество минеральных веществ, аминокислот, липидов, витаминов и азотистых веществ.

В настоящее время успешно перерабатываются отходы рыбной промышленности для создания различных медицинских препаратов, технических продуктов, удобрений, кормовой муки и других веществ, нашедших свое применение в различных отраслях народного хозяйства [18].

Рыбные отходы благодаря своему уникальному составу являются идеальным сырьем для производства удобрений. Удобрения, полученные из отходов переработки гидробионтов, экологически чистые, не оказывают негативного воздействия на растения, но при этом обладают высокой питательной ценностью.

Основное направление современной переработки отходов заключается в производстве рыбной муки. Рыбная мука используется в дальнейшем для производства комбинированных кормов или непосредственно добавляется в рацион сельскохозяйственных животных, птиц и молоди рыбы на рыборазводных заводах[7].

Печень рыб может быть использована для производства пищевого жира, имеющего широкое пищевое и лечебно-профилактическое применение. Рыбный печеночный жир содержит не только полиненасыщенные жирные кислоты, но и жирорастворимые витамины А и D, что позволяет считать его уникальным диетическим продуктом. Разработан ферментативный способ, который предусматривает щадящие режимы технологической обработки и обеспечивает увеличение выхода жира. Печень рыб является источником высокомолекулярных полиеновых жирных кислот (предшественник простагландинов), гепарина (антикоагулянт прямого действия), сквалена (бактерицидное вещество) и препарата, обладающего способностью активировать функцию ретикулоэндотелия [4].

Молоки морских рыб - ценное пищевое сырье с высоким содержанием биологически активных соединений - нуклеотидов и полиненасыщенных жирных кислот (арахидоновой, эйкозапентаеновой, докозагексаеновой).

Содержащаяся в составе молок низкомолекулярная ДНК обладает высокой биологической активностью. Она способствует активизации умственной деятельности, замедлению процессов старения, снижению уровня холестерина в крови, повышению иммунитета, оказывает общеукрепляющее действие. Молоки рыб характеризуются высоким содержанием белка, липидов, дезоксирибонук-леиновой кислоты. Молоки реализуются главным образом в мороженом виде и используются для производства консервов (паштетов), пресервов в заливках, в кулинарии (жареные)[4].

Следует отметить, что себестоимость молок значительно ниже, чем объектов морского промысла (рыбы и ценных морепродуктов). Кроме того, при первичной обработке молок отсутствуют отходы, что обеспечивает высокую рентабельность производства.

Из хрящевой ткани и костных хребтов с прирезями мяса лососевых рыб получают БАД, содержащие противовоспалительные компоненты, которые отвечают за обменные процессы в соединительной ткани и используются для профилактики и лечения остеопороза.

Исследования биологической ценности мяса и костей лососевых рыб (в сумме) показали, что они отличаются хорошо сбалансированным белковым составом, незначительным содержанием липидов и, что особенно важно, сбалансированы по минеральным микронутриентам[12].

В последнее время большое внимание уделяется коже гидробионтов как сырью для получения структурообразующих веществ, которые используются в производстве пищевых продуктов с эмульсионной структурой. Коллаген - структурный белок, образующий кожный покров, скелет, плавники и чешую всех видов рыб.

Как известно, коллаген является целевым сырьем для производства желатина. На сегодняшний день различными фирмами выпускаются три вида желатина: пищевой, промышленный, фотографический. Желатин, предназначенный для пищевых целей, характеризуется экологической чистотой и высокими эстетическими свойствами.

В пищевой промышленности коллаген применяют для очистки алкогольных напитков, при производстве желатина, искусственной икры. В медицине это многочисленные препараты, используемые при лечении гипертонической болезни, остеоатрита, недержания мочи. Выявлен противораковый эффект рыбного коллагена. Некоторые фармацевтические компании наладили производство различных оздоровительных напитков и коктейлей, средств по снижению веса.

Совсем недавно стали производить контактные линзы из фибриллярного белка рыб.

Большое будущее за рыбным коллагеном видят в Японии, считая его полноценной альтернативой коллагену млекопитающих, так как использование коллагена млекопитающих небезопасно, учитывая последние события массового падежа скота из-за бешенства. Японские ученые также предлагают ряд оригинальных технологий по производству продуктов питания, косметических средств и биомедицинских материалов из фибриллярных белков.

Ученые считают, что коллаген может стать основой для искусственной кожи, предназначенной для людей с серьезными ожогами. Возможно, также использовать коллаген рыб для изготовления искусственных кровеносных сосудов[6].

Более рациональное применение кожи рыб заключается в получении белков (альбуминоидов, муцинов, коллагена, проколлагена), мукополисахаридов, каротиноидов, липидов, меланиновых пигментов, ядов[7].

Представляется перспективным получение из сердец гидробионтов ряда препаратов различного физиологического действия: фермента тканевого дыхания цитохрома С, таурина, гистидинсодержащих дипептидов, антиоксидантов. В настоящее время ферментный препарат «Цитохром С» получают из сердец крупного рогатого скота и свиней, а также из сердец лососевых рыб. Этот препарат принимает участие в процессе тканевого дыхания, осуществляя транспортировку кислорода, ускоряет окислительные процессы в организме[6].

Головы и плавники рыб могут быть использованы при производстве суповых наборов, белковых гидрализатов, жира и кормовой муки. Мышечная ткань туловища, ястыки и гонады направляют для производства продуктов питания[18].

Плавательные пузыри используются для производства технического клея. Сырье для получения такого клея консервируют посолом, а затем направляют на клееварочные заводы.

На чешуе некоторых видов рыб содержится кристаллическое органическое вещество - гуанин, придающее рыбе характерный серебристый цвет (от 0,5 до 5%). Он широко применятся для изготовления ювелирных поделок, перламутровых имитаций, в химико-фармацевтической промышленности - для получения кофеина. Также чешую можно направлять на производство рыбного клея. Помимо этого она может быть источником специфического альбуминоида и проколлагена. Массовая доля чешуи рыбы достигает 10 %[18].

Белковые гормоны (инсулин и глюкагон) можно получить из поджелудочных желез рыб. Почки рыб представляют собой материал для получения минеральных веществ, липолитических и протеолитических ферментов. Из надпочечников могут быть выделены кортикостероидные гормоны, адреналин и норадреналин, из гонад - незаменимые аминокислоты, половые гормоны и липидные вещества (жирорастворимые витамины, каротиноиды и фосфолипиды).

8. Проблемы утилизации отходов

Утилизация морских гидробионтов с целью получения биологически активных веществ, лечебно-профилактических пищевых и кормовых продуктов, медицинских препаратов свидетельствует о наступлении качественно нового этапа в использовании биологических ресурсов океана - этапа рациональной эксплуатации на основе комплексной переработки по приоритетным направлениям, позволяющим обеспечить сырьем не только пищевую и некоторые технические отрасли, но прежде всего медицинскую.

Реализация принципа комплексности утилизации гидробионтов требует в первую очередь интенсивного изучения химического состава метаболитов. Только знание химического состава продуктов жизнедеятельности морских организмов, в том числе и биотоксинов, определение спектра их биологической активности создает научную основу для рациональной переработки и использования ценнейших сырьевых источников. Такое пристальное внимание к химическому составу метаболитов морских организмов и использования их по более приоритетным направлениям - в диетическом и лечебном питании, в производстве фарм- и ветпрепаратов обусловлено влиянием ряда факторов. В частности:

-    возросшей потребностью в новых химических соединениях, обладающих высокой биологической активностью;

-       истощением традиционных источников биологически активных соединений флоры и фауны суши;

-       усилением роли лекарственного вмешательства в различные области медицины при сужении спектра не изученных в качестве потенциальных лекарств химических соединений сухопутного генеза и повышением стоимости новых лекарств;

-       видовым многообразием гидробионтов, недостаточной изученностью химического состава их метаболитов;

-       огромным жизненным пространством Мирового океана, в десятки раз превышающим обитаемую часть суши, а также разнообразием условий обитания и колоссальной общей биомассой гидробионтов - производителей органического вещества нашей планеты, из которого человечество в основном использовало лишь пищевые и кормовые компоненты;

-       открытием в настоящее время среди метаболитов морских организмов ряда уникальных в фармакологическом отношении соединений и созданием на их основе ценнейших и эффективных мед- и ветпрепаратов и успешным внедрением их в клиническую практику;

-       и что особо важно - формированием и ростом многофакторных экологических, социальных, физических и психических нагрузок на состояние здоровья людей нашей планеты, что требует прежде всего разработки профилактических мероприятий, в том числе и за счет расширения ассортимента лечебно-профилактических пищевых добавок, препаратов, позволяющих позитивно влиять на здоровье человека, его психику, на воспроизводительные функции организма[6].

Заключение

В настоящее время ежегодно вылавливается до 100 мил т гидробионтов. Значительная часть выловленного сырья не пригодна для выпуска пищевой продукции и в процессе переработки отделяется от наиболее ценного продукта.

Кроме того отходы при переработке гидробионтов составляют примерно 35% от выловленного сырья.

Отходы от разделки гидробионтов содержат высокоактивные ферменты, витамины, незаменимые аминокислоты, полиненасыщенные эссенциальные жирные кислоты и ряд других биологически активных веществ (БАВ). Они могут использоваться, как сырье для производства деликатесной продукции, консервов, пресервов, разнообразной пищевой продукции (из голов, печени, икры, молок, сердца), технической продукции (клей особых кондиций, коллаген «Ихтиокол»»), биологически активных добавок (БАД) и др[2].

Разработан способ переработки внутренностей рыб для получения ферментных препаратов, используемых для ускорения созревания рыб при посоле, а также в качестве добавки к моющим средствам или заменители сычужного фермента при производстве сыра. Использование несъедобных отходов переработки рыбы для получения кормовой и технической продукции не всегда можно отнести к рациональному способу их утилизации, так как из отдельных органов и тканей рыб можно, например, получать ценные препараты для медицинских целей. Внутренние органы и ткани рыб могут служить источником получения нуклеотидов, стеринов, липидов, ферментов, ядов.

Рациональным является использование органов пищеварения рыб, если из них кроме витаминов, медицинского жира и кормовой муки, извлекаются незаменимые аминокислоты и пищеварительные ферменты (катепсин, пепсин, трипсин).

Современная наука определила стратегическую концепцию эксплуатации биологических ресурсов Мирового океана, в основе, которой предусматривается комплексная утилизация широкого спектра метаболитов максимального разнообразия гидробионтов, как источников пищи, корма, биологически активных веществ и уникальных химических соединений [6].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.     Антипов, С.Т., Кретов, И.Т., Остриков, А.Н. Машины и аппараты пищевых прозводств/ С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков. - М.: Высш. Шк., - 2001. - 680 с.

2.     Бойцова, Т.М. Новое сырье в технологии пищевого рыбного фарша// Рыбное хозяйство. - 2005. - №5. - с. 93-94

3.     Грачева, И.М. Технология ферментных препаратов/ И.М. Грачева - М.: 2000. - 512с.

5.     Кавецкий, Г. Д. Процессы и аппараты пищевой технологии: Учебник/ Г. Д. Кавецкий, Б. В. Васильев.-М.: Колос, 2000.- 551 с.

6.     Король, А.П., Вахракова, Р.М. Перспективные направления рационального использования отходов гидробионтов/ А.П. Король, Р.М. Вахракова - Сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции - Петропавловск-Камчатский, 11-13 октября 2006г.: - КамчатГТУ, 2006. - 289 с.

7.      Лебедева, А.П., Колесников, В.В. Вторичное сырье при переработке гидробионтов/ А.П. Лебедева, В.В, Колесников - Сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции - Петропавловск-Камчатский, 11-13 октября 2006 г. - КамчатГТУ., 2006. - 289 с.

8.     Левочкина, Л.В., Слуцкая Т.Н. Биорегуляторы в технологии пищевой продукции/ Л.В. Левочкина, Т.Н. ВСлуцкая - Учеб.пособие - Владивосток: ТГЭУ, 2007. -100с.

9.      Лукьяненко, В.М., Таранец, А.В. Центрифуги/ В.М. Лукьяненко, А.В. Таранец - Спарв, изд. - М.: Химия, 1988. - 384с.

.        Мосолов, В.В. Протеолитические ферменты/ В.В. Мосолов - М.:1971. - 414с.

11.   Панфилов, В. А. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 1: Учебник для вузов/С. Т. Антипов, И. Т. Кретов, А. Н. Остряков и др.; под ред. акад. РАСХН В. А. Панфилова.-М.: Высш. шк.,2001.-703 с.

12.   Радыгина, А.Ф., Абрамова Л.С. Эмульсионные продукты на основе рыбной икры// Рыбное хозяйство. - 2003. - №3. - с. 57-59

13.   Сафронова, Т.М. Технология комплексной переработки гидробионтов. / Т. М. Сафронова, В. Д. Богданов, Т. М. Бойцова, В. М. Дацун, Г. Н. Ким, Э. Н. Ким, Т. Н. Слуцкая. - Уч. пос. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2004. - 365 с.

.       Слуцкая, Т.Н. Биохимические аспекты регулирования протеолиза/ Т.Н. Слуцкая - Владивосток: ТИНРО-центр, 1997, - 148с.

15.   Шалак, М.В. Технология переработки рыбной продукции// М.В. Шалак, М.С. Шашков, Р.П. Сидоренко. - М.: Дизайн ПРО, 1998. - 240 с.