Переработка кератинсодержащего сырья маралов

Введение . В настоящее время идет процесс интенсивного развития пантового оленеводства – отрасли сельского хозяйства, занимающейся разведением маралов и пятнистых оленей. Славится оленеводство своей уникальной продукцией (панты, кровь, хвосты, репродуктивные органы, сухожилия), которая обладает огромным количеством биологически активных веществ в своем составе [1, 2]. При переработке сырья маралов стоит задача максимально повысить биодоступность его компонентов, расширить ассортимент пищевых продуктов на его основе, а также снизить затраты на их производство.

На сегодняшний день проблемой перерабатывающей отрасли мараловодства является комплексная переработка сырья и внедрение безотходной технологии [3]. В связи с этим актуальность приобретают вопросы рационального применения второстепенной продукции мараловодства. Анализ литературных источников указывает на возможность эффективного использования кератиновых отходов. Белок кератин содержит в своем составе глутаминовую кислоту, лейцин, серин, пролин, валин, а наибольшая ценность данного сырья связана с наличием серосодержащих аминокислот цистина и метионина [4, 5]. Вышеизложенное объясняет интерес фармацевтических и косметических предприятий к кератиновым продуктам, как к новому ценному источнику белка. При этом биохимический анализ кератинового сырья позволяет оценить возможность применения этих белковых ресурсов как источников незаменимых аминокислот.

На мараловодческих предприятиях при убое животных кератинсодержащее сырье (копыта и шерсть маралов) в настоящее время не перерабатывается и в основном утилизируется, что обусловлено сложностью его переработки. Кератин имеет упроченную структуру и ограниченную растворимость, что обуславливает низкую функциональность данного сырья при промышленном производстве и требует разработки новых подходов и методов переработки и получения готовых белковых продуктов из кератинсодержащего сырья маралов.

Цель работы . Изучение возможности переработки кератинсодержащего сырья маралов.

Материалы и методы исследования . Исследования проводили в лаборатории переработки и сертификации пантовой продукции ФГБНУ ФАНЦА в период 2018 года. Для приготовления сухого растворимого концентрата из кератинсодержащего сырья проводили его гидротермическую обработку в автоклаве при следующих значениях параметров: гидромодуль – 1:10, температура нагрева – 120 °С, продолжительность гидролиза – 5–10 часов. Ферментативную обработку проводили в поле ультразвука мощностью 37 кГц при температуре 45–50 °С в течение 8–12 часов. Протеолиз осуществляли в присутствии ферментов микробного происхождения, обладающих кератиназной активностью: Протозима В (бактериальная протеаза) и Протозима С (грибная протеаза), вносимых в гидролизат в количестве 2 % от объема сырья.

Полученные гидролизаты отфильтровывали и высушивали в инфракрасной сушке при температуре 50 °С.

Гидролиз шерсти маралов с применением щелочей осуществляли в водном растворе гидроксида натрия (NaOH) концентрацией 0,5–1 % при содержании кератинсодержащего сырья в растворе не менее 10 % и температуре 90 °С.

С целью оценки качества экстракции проведен биохимический анализ полученных образцов концентратов по общепринятым методикам.

Токсичность и относительную биологическую ценность (ОБЦ) полученных концентратов оценивали с помощью тест-культуры инфузорий [6].

Результаты исследования и их обсуждение. При переработке шерсти марала апробирован способ обработки сырья воднощелочным раствором гидроксида натрия при температуре 90 °С (n=10). При экстракции шерсти 0,5%-м раствором щелочи степень экстракции кератина составила не более 3 % (шерсть практически не растворялась). При обработке шерсти 1%-м раствором гидроксида натрия степень экстракции кератинов составила 95–97 % (практически полное растворение шерсти) через 1 час экстракции при температуре 90 °С. Однако при данных условиях наблюдалась значительная деструкция аминокислот, которая выявлялась в образовании сероводорода при нейтрализации щелочи соляной кислотой. Таким образом, данная технология переработки шерсти приводит к разрушению значительной части аминокислот, а также к образованию нежелательных побочных продуктов, что требует дополнительной очистки гидролизатов, а следовательно, усложняет технологический процесс.

В другой серии опытов проводили высокотемпературный гидролиз шерсти в автоклаве с последующей ферментативной обработкой в поле ультразвука. При высокотемпературной обработке в течение 5 часов (n=6) выход белковой фракции составил 15,6 %. При автоклавировании шерсти марала в течение 10 часов

(n=6) выход кератиновых белков в гидролизат составил 16,0 %.

Проведен гидролиз копыт марала в автоклаве с последующей обработкой ферментами. В первой серии опытов осуществляли гидролиз в автоклаве в течение 5 часов. После автоклавирования проведен ферментативный гидролиз в течение 8 и 12 часов. Выход концентрата при данных технологических операциях составил 16,0 % после 8-часовой ферментации и 16,7 % после 12-часовой ферментации. Во второй серии опытов гидролиз в автоклаве проводили в течение 10 часов с последующей ферментацией в течение 8 и 12 часов. Выход концентрата при данной технологии составил 12,0 % при 8часовой экстракции и 12,5 % при 12-часовой экстракции.

Таким образом, при переработке копыт марала оптимальным является 5-часовой гидролиз в автоклаве с последующей ферментацией в течение 8 часов.

Исследования биохимического состава концентратов, полученных из кератинсодержащего сырья, представлены в таблице 1.

Биохимический состав концентратов из кератинсодержащего сырья

Таблица 1

Показатель	Наименование биосубстанции
	Нативный порошок из копыт марала	Концентрат из копыт после 10-часового автоклавирования и ферментации	Концентрат из копыт после 5-часового автоклавирования и ферментации	Концентрат из шерсти после 10-часового автоклавирования и ферментации
Вода, %	7,2	5,3	7,7	9,4
Протеин, %	89,8	65,2	80,3	41,8
Жир, %	1,3	8,0	7,9	5,4
БЭВ, %	-	14,1	-	16,9
Зола, %	1,7	7,4	4,1	26,5
Макроэлементы, г/кг
Фосфор	2,2	1,2	2,4	0,9
Кальций	5,9	7,6	5,0	6,7
Магний	0,2	0,8	0,4	4,5
Хлор	3,1	2,4	2,3	3,0
Сера	2,3	3,8	5,1	3,6
Микроэлементы, мг/кг
Железо	151,1	275,0	256,0	58,8
Цинк	25,1	33,4	16,5	9,9

Биохимический анализ концентратов из кератинсодержащего сырья маралов показал, что массовая доля протеина в образцах из копыт, полученных при гидролизе в автоклаве в течение 5 часов, была выше на 23,2 %, чем в биосубстанциях из копыт, полученных после 10часового автоклавирования, и на 92,1 % выше, чем в концентрате из шерсти. В концентратах из копыт марала содержание жира на 48 % превышало данный показатель в концентрате из шерсти. Зольность концентратов из шерсти в 3,6–6,4 раза превышала данный показатель концентратов из копыт марала.

Согласно полученным данным, в биосубстанциях из копыт марала отмечено высокое содержание белка и железа. Процент протеина в концентрате, полученном при 5-часовой экстракции, был значительно выше, чем после 10часовой. Достоверной разницы в количественном содержании макроэлементов в зависимости от технологии получения не установлено.

В концентрате из шерсти марала отмечен низкий уровень белка. Зольность образца из шерсти значительно выше по сравнению с концентратами из копыт.

Таким образом, переработка шерсти марала для получения белковых питательных биосубстанций является трудоемким и экономически затратным процессом.

По результатам проведенных исследований сухих концентратов из кератинсодержащего сырья маралов установлено, что гибели инфузорий, а также угнетения подвижности и деформации клеточной стенки не установлено. Замедления роста и мутации отдельных особей не наблюдалось, что свидетельствует о биологической безопасности полученных концентратов.

Исследована динамика роста и развития простейших в течение суток с целью выявления биологической активности полученных биосубстанций (табл. 2).

Таблица 2

Исследуемый образец	Генерация простейших за 24 часа	ОБЦ, %
Контроль (эталонный белок)	45,0	100,0
Копыта марала – автоклавирование 10 часов – ферментация	11,0	25,0
Копыта марала – автоклавирование 5 часов – ферментация	15,0	33,3
Нативный порошок из копыт марала	5,0	11,0

Оценка роста и развития инфузорий полученных биосубстанций

Согласно проведенному исследованию, ОБЦ концентрата из копыт марала составляла от 25 до 33,3 % в зависимости от технологии получения. Лучший результат показан у концентрата, полученного при автоклавировании копыт в течение 5 часов с последующей ферментацией. Биосубстанция из шерсти марала отличалась низкой величиной ОБЦ, что обусловлено малым содержанием белка в данном продукте.

Выводы

• 1.    При переработке копыт марала оптимальным является 5-часовой гидролиз в автоклаве с последующей ферментацией в течение 8 часов, который обеспечивает выход сухого растворимого белкового концентрата, равного 16,0 %.

• 2.    При щелочном гидролизе шерсти маралов происходит разрушение значительной части аминокислот, а также образование нежелательных побочных продуктов, что требует дополнительной очистки гидролизатов.

• 3.    Автоклавирование шерсти маралов в течение 10 часов с последующей ферментацией обеспечил выход растворимой белковой фракции от 15,5 до 16 %.