Экстракция желатина из лап цыплят-бройлеров

Введение. Традиционным сырьем для получения желатина являются кости и шкуры сельскохозяйственных животных, в основном на производстве используют сырье крупного рогатого скота и свиней. В настоящее время в научной и производственной среде активно ведутся поиски альтернатив традиционному сырью, прежде всего это связано с ограниченным количеством костного сырья, так как основная часть идет на дальнейшую переработку в мясные продукты или в костную муку, которая является ценным кормовым элементом для сельскохозяйственных животных. Другая причина, которая вызывает поиск альтернатив традиционному сырью для производства пищевого желатина, – массовые заболевания сельскохозяйственных животных, например ящур, который распространен среди крупного рогатого скота. Также необходимо учитывать и религиозные конфессии, исповедующим ислам запрещено употреблять в пищу желатин из свиной шкуры, употребление в пищу желатина из источников сырья КРС возможно, если животное было забито по правилам халяль [1–4].

Основным альтернативным источником желатина из сырья крупного рогатого скота и свиней являются отходы рыбного производства. Технологии производства желатина из рыбного сырья приобрели широкую популярность на мировом рынке [5, 6].

Потенциальным новым сырьем для производства желатина являются отходы переработки птицы. Остатки обвалки птицы являются основным побочным продуктом мясоперерабатывающей промышленности и могут быть ценным источником желатина [7].

В связи с новым поиском альтернатив традиционному желатину необходимо проводить научные исследования, которые смогут способ- ствовать разработке новой, современной технологии производства желатина из отходов переработки птицы, в том числе лап цыплят бройлеров. Данные исследования могут привести к максимальному использованию имеющихся ресурсов и неиспользованных промышленных отходов птицеводства.

Цель исследования – изучение процесса проведения экстракции желатина из лап цыплят бройлеров.

Задачи исследования: провести анализ и расчет сырьевого потенциала лап цыплят бройлеров в Кузбассе для определения возможности организации производства желатина; провести водную экстракцию желатина из лап цыплят бройлера; определить показатели качества и молекулярно-массовое распределение полученных образцов желатина.

Объекты и методы исследования. Для проведения расчетов сырьевого потенциала производства желатина из лап цыплят бройлера использовали открытую информацию Территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Кемеровской области – Кузбассу [8]. Расчет массы лап проводили по среднему показателю массы 1 лапы, который равен 50 г. В качестве объектов исследования использовались желатин пищевой быстрорастворимый (производство Россия, г. Белгород) и желатин из лап цыплят бройлеров. Желатин из цыплят бройлеров получали следующим методом: механически удаляли ногти лап и поверхностный жир, далее проводили измельчение лап на цепной лабораторной дробилке до размера 10–12 мм, после чего проводили промывку измельченных лап при температуре 25 °С в течение 10 мин. С целью разрушения костного матрикса проводили гидролиз ферментом пепсин с ферментной активностью 300 000 ед. в соотношении 20 ед. фермента на 1 г сырья, для активации фермента пепсина дополнительно вносили соляную кислоту 1М в соотношении 1 : 10 (обработанные ферментном лапы цыплят бройлера (г) : соляная кислота (объем)), так как благоприятная среда для действия фермента 1,5–2,0 ед. pH. Полученную смесь перемешивали в течение 4 ч при температуре 30 °С. Далее проводили нейтрализацию с использованием NaOH (0,1 н.). После была осуществлена промывка в воде в течение 30 мин и фильтрование через марлевый фильтр. Следующим этапом было проведение водной экстракции желатина на аппарате Сокслета в стационарном режиме при температуре 65 °С в течение 60 мин. Сушили полученные желатиновые бульоны на лабораторной распылительной сушке модели Mini SprayDryer B-290 (Buchi, Sweden) при температуре 95 °С и скорости подачи раствора в распылительную камеру 3,0–3,2 мл/мин.

Выход желатина после экстракции рассчитывали по формуле

Масса желатина после сушки , г Выход желатина (%) = —--------------------------—----— • 100.

Масса желатина после экстракции ( бульон ), г

Значения показателей качества желатина определяли по показателям, полученным согласно стандартным методикам исследования по ГОСТ 11293–2017 «Желатин. Технические условия» и ГОСТ 25183.1–82 «Желатин фотографический. Правила приемки и отбор проб». Массовую долю белка определяли на анализаторе общего азота (белка) RAPID N ELEMENTAR, работающего по методу Дюма – сжигание пробы с регистрацией общего азота на детекторе теплопроводности. Молекулярно-массовое распределение проводили на электрофорезе в полиакриламидном геле в присутствии анионного детергента додецилсульфата натрия (ДДС-Na).

Экспериментальные исследования проводились на базе НИИ биотехнологии Кемеровского государственного университета. Работа выполнена в рамках гранта Президента РФ по государственной поддержке ведущих научных школ (НШ-2694.2020.4).

Результаты исследования. На первом этапе исследования определили потенциал сырьевой базы отходов переработки птицы в Кемеровской области. В таблице 1 представлены расчеты сырьевого потенциала лап цыплят бройлеров.

Таблица 1

Сырьевой потенциал лап цыплят бройлера в Кузбассе

Отчетный год	Кол-во бройлеров, тыс. гол.	Масса лап*, кг
2017	6595,2	465 929
2018	7249,3	523 478
2019	8364,8	600 948
2020	8021,3	579 367
Средний годовой показатель	7642,5	553 360

*Расчет массы лап проводили по среднему показателю массы 1 лапы, который равен 50 г.

По результатам проведенного анализа открытых данных и пересчета сырьевого потенциала на массу лап цыплят бройлера видно, что на территории Кемеровской области имеется достаточное количество сырья, необходимого для производства желатина из отходов переработки птицы. Среднегодовой потенциал сырья в виде лап птицы составляет 553 360 кг. При среднем выходе желатина из исходного сырья

12 %, на территории Кемеровской области возможно получить в среднем 66 т желатина в год.

Далее по представленным методам проводили подготовку сырья и экстракцию желатина из лап цыплят бройлеров. В таблице 2 приведены основные показатели качества полученного образца желатина из лап цыплят бройлеров и желатина, представленного в сетях розничной торговли (контроль).

Таблица 2

Показатель, %	Содержание
	Коммерческий желатин (контроль)	Желатин из лап цыплят бройлера
Выход желатина	12*	8,4
Массовая доля влаги	11,4	10,1
Массовая доля жира	0,6	0,7
Массовая доля золы	0,7	1,3
Массовая доля белка	87,3	87,9

*Основываясь на доступных данных по среднему выходу желатина [9].

Основные показатели качества желатина из лап цыплят бройлеров

Из представленных результатов в таблице 2 видно, что основное отличие полученного желатина из лап цыплят бройлера состоит в том, что выход готового продукта в среднем на 3,6 % ниже по сравнению с желатином, который получен из классического сырья. Данная разница может быть вызвана различной химической обработкой, используемой при экстракции, и сырьем, из которого проводится экстракция желатина. Возможно, необходимо вносить корректировки в технологические этапы производства и достигать наибольшего выхода желатина путем оптимизации определенных режимов. Влажность образцов желатина находилась в пределах от 10,1 и 11,4 %, массовая доля золы – от 0,7 до 1,3 %, что является нормой в соответствии с ГОСТ 11293–2017 «Желатин. Технические условия».

Исследуемые образцы желатина имели высокое содержание массовой доли белка, полученный желатин из лап цыплят бройлеров не уступал по содержанию массовой доли белка желатину, который был приобретен в торговых сетях, его значения находились в пределах 87,9 %, при этом наблюдается незначительное увеличение массовой доли золы, в перспективе данный показатель можно скорректировать путем использования фильтрационных установок, которые поспособствуют глубокой очистке оссеина от костного матрикса.

Важный показатель, который определяет качество желатина, – распределение молекуляр- ной массы [10]. На электрофорезе в полиакриламидном геле в присутствии анионного детергента додецилсульфата натрия (ДДС-Na) проводили анализ распределения белковых фракций исследуемых образцов желатина. На рисунке и в таблице 3 представлено молекулярномассовое распределение полученного образца желатина из лап цыплят бройлеров и желатина, представленного в сетях розничной торговли (контроль).

Из результатов анализа молекулярномассового распределения видно, что у образца желатина, приобретенного в торговой сети, белковые фракции по молекулярной массе рапределены более равномерно, основные белковые фракции представлены между 60 и 50 кДа, что составляет от общего содержания 14,5368 и 20,8574 % соответственно. При этом фракции ниже 20 кДа составляют 26,02701 %. Молекулярно-массовое распределение образца желатина из лап цыплят бройлеров выглядит иначе, в основном фракции белка представлены на уровне молекулярной массы 60 кДа – 42,8385 % и ниже 20 кДа – 30,18385 %. При проведении экстракции желатина из лап цыплят бройлеров наблюдается увеличение фракции низкомолекулярных пептидов (ниже 20 кДа) на 4 %, скорее всего полученный результат вызван расщеплением пептидов используемым ферментом пепсином во время подготовки сырья к экстракции.

20 кДа

1              2          3

Молекулярно-массовое распределение образцов желатина:

1 – маркер; 2 – контроль; 3 – желатин из лап цыплят бройлера

Молекулярно-массовое распределение образцов желатина

Таблица 3

Молекулярная масса, кДа	Молекулярно-массовое распределение, %
	Коммерческий желатин (контроль)	Желатин из лап цыплят-бройлеров
200	1,316515	6,386503
150	3,101737	1,334564
100	8,457403	1,301436
85	8,850289	1,367691
60	14,53681	42,83855
50	20,85746	3,170772
40	10,11166	3,459454
30	0,220568	3,530442
25	2,929418	3,452356
20	3,591122	2,974374
Ниже 20	26,027019	30,183857

Выводы. Таким образом, был рассчитан потенциал сырьевых ресурсов Кемеровской области, проведена экстракция желатина из лап цыплят-бройлеров и определены основные показатели качества желатина. Полученные образцы желатина имели высокое значение показателя массовой доли белка – 87,9 %. Молекулярно-массовое распределение в основном представлено фракциями белка 60 кДа – 42,8385 % и ниже 20 кДа – 30,18385 %. При проведении экстракции желатина из лап цыплят-бройлеров наблюдается увеличение фракции низкомолекулярных пептидов (ниже 20 кДа) на 4 %. Предварительно обработанные лапы цыплят-бройлеров могут служить сырьем для получения пищевого желатина.