Разработка технологии переработки коллагенсодержащих отходов мясоперерабатывающей промышленности в функциональную кормовую добавку

Известно, что свиная шкура составляет 9–13 % мяса на костях. Отходы переработки свиных шкур практически не находят применения для пищевых целей. Помимо этого, наблюдается ухудшение экологической обстановки. Большая часть органических отходов мясного производства еще не нашла применения и вывозится на свалки, что, помимо материальных потерь, ведет к загрязнению окружающей среды [5].

Данные исследований направлены на решение проблем, связанных с недостатком кормового белка высокого качества из отходов производств при экологическом подходе. В настоящий момент существуют различные технологии переработки коллагенсодержащего сырья, однако их внедрение на предприятии очень дорогостоящее и срок окупаемости составляет более 5 лет. К тому же применяются различные химические и термические методы, которые влияют не только на окружающую среду, но и на качество получаемого корма. В связи с этим одним из эффективных подходов в решении данной проблемы является переработка отходов мясоперерабатывающей промышленности и получение белковых гидролизатов для кормовых целей.

Цель исследований . Разработка технологической схемы переработки коллагенсодержащих отходов свинокомплексов с целью получения кормовой добавки для функционального питания сельскохозяйственных животных.

Задачи исследований . Изучить основной химический состав шкур свиней породы «Ландрас»; составить технологическую схему переработки коллагенсодержащих отходов на примере ООО СПК «Чистогорский»; провести анализ аминокислотного состава полученных белковых гидролизатов.

Объекты и методы исследований . В качестве объекта исследований использовалось вторичное коллагенсодержащее сырье мясоперерабатывающей промышленности, а именно шкура свиней породы «Ландрас», полученная при переработке мяса в условиях ООО СПК «Чистогорский» (Кемеровская область).

В качестве продуцентов коллагеназы использовались штаммы дрожжей Clavispora lusitaniae, полученные из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов в виде чистых культур лиофильной сушки.

Теоретические и экспериментальные исследования проводили с помощью общепринятых, стандартных и оригинальных методов биохимического, физико-химического, структурно-механического анализа. Учет и обработку результатов проводили методами статистического и регрессионного анализа.

Отбор проб проводили по ГОСТ Р 51447-99 «Мясо и мясные продукты. Методы отбора проб»; ГОСТ Р 51448-99 «Мясо и мясные продукты. Методы подготовки проб для микробиологического анализа». Физико-химические показатели определяли по стандартным методикам по ГОСТ Р 51479-99.

Определение общего азота/белка проводили с помощью анализатора белка RAPID N ELEMENTAR. Принцип этого метода заключается в определении азота за счет сжигания анализируемого вещества известной массы в условиях высокой температуры (около 900°C) камеры в присутствии кислорода, что приводит к высвобождению углекислого газа, воды и азота, массовая доля которого детектируется прибором. Содержание общего белка рассчитывали умножением общего азота на пересчетный коэффициент для белков, составляющий 6,25.

Определение аминного азота проводили спектрофотометрическим методом с использованием 2,4,6-тринитробензолсульфоновой кислоты (ТНБС). Метод основан на спектрофотометрическом определении хромофоров, образующихся при реакции первичных аминов с ТНБС. Количество аминного азота в исследуемых гидролизатах определяли по калибровочному графику, построенному для стандартных разведений известного вещества. Степень гидролиза определяли как соотношение аминного азота к общему азоту [2]. Массовую долю аминокислот определяли на аминокислотном анализаторе Aracus PMA GmbH методом распределительной хроматографии после гидролиза белков.

Массовую долю золы определяли по ГОСТ 53642-2009 «Мясо и мясные продукты. Метод определения массовой доли общей золы». Метод основан на высушивании, обугливании, озолении при температуре 550±25оС пробы для испытания и последующем определении массовой доли общей золы.

Массовую долю жира определяли ускоренным методом по ГОСТ 23042-86 «Мясо и мясные продукты. Методы определения жира». Метод основан на извлечении общего жира, содержащегося в мясе и мясных продуктах: смесью хлороформа и этилового спирта в фильтрующей делительной воронке.

Результаты исследований и их обсуждение . В процессе переработки сельскохозяйственных животных в виде побочных продуктов образуется немало коллагенсодержащих отходов (рога, копыта, дерма, сухожилия).

Оценка химического состава коллагенсодержащего сырья позволяет позитивно оценить потенциальные возможности этих белковых ресурсов. В таблице 1 приведены результаты исследований общего химического состава вторичного коллагенсодержащего сырья.

Химический состав шкур свиней породы «Ландрас»

Таблица 1

Показатель	Массовая доля, % на 100 г белка
Влага	5,40±0,16
Жир	19,90±0,59
Белок В том числе коллаген	73,10±2,19 67,40±2,02
Зола	1,50±0,02

Из данных табл. 1 следует, что свиные шкуры отличаются существенным содержанием протеина, массовая доля которого составляет 73,1 %. Данный показатель гораздо больше, чем, например, для мяса сельскохозяйственных животных. Так, в свинине массовая доля белка находится в интервале от 18,6 до 30,2 %, в говядине I категории – 56,7 % [1]. Все это свидетельствует о высоких потенциальных возможностях использования свиных шкур в пищевом производстве и сельскохозяйственной промышленности.

В настоящее время существуют следующие способы получения белковых гидролизатов из коллагенсодержащего сырья: физический, химический (кислотный и щелочной) и ферментативный [4].

Первые два способа имеют ряд недостатков: жесткий режим, приводящий к разрушению триптофана и треонина; образование трудноперевариваемых ингредиентов.

Ферментативный способ обработки коллагенсодержащего сырья имеет значимое преимущество перед другими способами. Он является мягким методом воздействия на коллагенсодержащее сырье. Продукты расщепления являются аналогами природных продуктов желудочно-кишечного тракта, физиологичны и легко проникают в клетку.

На основании проведенных исследований разработана и апробирована в условиях испытательной лаборатории Научно-исследовательского института биотехнологии при ФГБОУ ВПО «КемТИПП» технология получения коллагенового гидролизата из отходов мясного производства. Основные процессы технологической схемы показаны на рисунке.

Технологическая схема получения ферментативного гидролизата коллагена

Технологический процесс получения ферментативного белкового гидролизата состоит из последовательных и взаимосвязанных этапов. В процессе получения гидролизата осуществляли приемку коллагенсодержащего сырья к переработке. Сырье подвергали обезжириванию, удаляли жировые ткани и промывали в теплой воде при температуре 40–60°С. После промывки сырье измельчали и подвергали ферментативному гидролизу. Ферментативный гидролиз представляет собой уникальное решение для поддержания и увеличения питательной ценности белка путем обработки белкового субстрата протеазами дрожжей-сверхпродуцентов, обладающих эндопротеазной и экзопептидазной активностями.

С целью получения максимального количества свободных аминокислот гидролиз коллагенсодержащего сырья проводили при оптимальных условиях действия ферментов: коллагеназа дрожжей продуцентов – рН 7,2–7,4 при температуре 25±2ºС. Продолжительность гидролиза 6±2 ч. Степень гидролиза коллагенсодержащего сырья оценивали по динамике накопления аминного азота. В таблице 2 приведены результаты соответствующих расчетов общего белка в образце.

Массовая доля общего белка в белковом гидролизате

Таблица 2

Наименование продукта	Массовая доля азота в белке, %	Фактор пересчета	Массовая доля белка, %
Коллагеновый гидролизат	11,90±0,73	6,25	74,38±2,23

Анализ полученных результатов показал, что массовая доля белка при гидролизе составляет 74,38 % . Несмотря на высокое содержание белка, это не позволит оценить качественный состав гидролизата. Поэтому были проведены исследования аминокислот в исследуемом образце. Качественную оценку гидролизата проводили по анализу аминокислотного состава. В таблице 3 приведен перечень аминокислот, полученных в результате гидролиза коллагеназой дрожжей-продуцентов.

Аминокислотный состав полученных гидролизатов

Таблица 3

Незаменимые аминокислоты	Массовая доля, %	Заменимые аминокислоты	Массовая доля, %
Изолейцин	1,88±0,02	Аланин	4,10±0,35
Лейцин	3,80±0,17	Аргинин	3,88±0,17
Метионин+цистин	2,40±0,17	Аспарагиновая кислота	3,90±0,64
Фенилаланин+тирозин	3,34±0,16	Гистидин	1,15±0,18
		Глицин	26,57±1,10
Треонин	2,26±0,06	Глутаминовая кислота	6,58±0,62
		Серин	2,15 ±0,21
Валин	2,56±0,07	Пролин	9,50±0,55
Лизин	3,96±0,11	Оксипролин	11,43±0,58

Аминокислотный состав белковой добавки из вторичных продуктов убоя скота показывает, что белковые фракции содержат полный набор аминокислот, включая незаменимые. Проводя анализ представленных данных, можно сделать вывод о том, что белковый гидролизат содержит в недостаточных количествах незаменимые аминокислоты – 20 г/100 г белка, что не противоречит данным источников литературы, в которых рассмотрены данные по аминокислотному составу образцов коллагена, полученных из свиной шкуры [1].

Таким образом, полученный гидролизат можно использовать в качестве функциональной кормовой добавки для формирования сбалансированного состава корма с целью обеспечения нормального роста и развития сельскохозяйственных животных.

Заключение. Рациональное использование и переработка вторичного сырья мясоперерабатывающей промышленности позволяют осуществить замкнутый цикл переработки коллагеновых отходов по следующей цепочке: убой и переработка сельскохозяйственного животного – вторичное коллагенсодержащее сырье – ферментативный гидролиз – гидролизат коллагена.

На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что полученные результаты доказывают преимущества способа ферментативной обработки коллагенсодержащего сырья с целью получения белкового гидролизата и использования его в производстве продукции пищевого и кормового назначения.