Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Гриценко Екатерина Александровна
ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУХИХ КОНЦЕНТРАТОВ ИЗ ОВАРИАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ ОСЕТРОВЫХ РЫБ
Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва - 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ФГУП ВНИРО)
Научный консультант: доктор технических наук, доцент Харенко Елена Николаевна
Официальные оппоненты: Бредихина Ольга Валентиновна, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры Технология мяса и мясных продуктов ФГБОУ ВПО МГУПП Фатыхов Юрий Адгамович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой пищевых и холодильных машин ФГБОУ ВПО КГТУ
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Мурманский государственный технический университет (г. Мурманск)
Защита состоится л13 сентября 2012 г. в 14 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 307.004.03 при ФГУП Всероссийский научноисследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ФГУП ВНИРО) по адресу: 107140, г.Москва, ул. Верхняя Красносельская, дом 17.
Факс: (499) 264-91-87, e-mail: fishing@vniro.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП ВНИРО.
Автореферат разослан л10 августа 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Татарников В.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Концепция развития рыбного хозяйства России на период до 2020 г. предполагает комплексную реализацию экономических, технических, природоохранных, экологических, санитарных и других мероприятий, в том числе повышение экономической эффективности производства за счет глубокой комплексной переработки сырья.
В последнее время, как в искусственном воспроизводстве, так и на товарных осетровых хозяйствах активно применяется метод прижизненного получения икры с целью сохранения самок для их повторного (многократного) использования. Побочным продуктом при прижизненном получении икры осетровых рыб является овариальная жидкость, которая омывает ооциты (икринки) в полости тела рыб и составляет от 10 до 25% от массы икры.
Поскольку овариальная жидкость служит благоприятной средой для созревания и овуляции ооцитов, нами было высказано предположение о наличии в ней значительного количества биологически активных веществ по аналогии с веществами плацентарного происхождения. Однако в литературных источниках отсутствуют сведения о функциональных свойствах овариальной жидкости, а также какие-либо данные о возможности ее использования. Соответственно изучение состава и свойств данного сырья прижизненного получения у осетровых рыб, определение его биологической ценности, а также подходов к переработке и направлений использования представляет несомненную научную и практическую значимость для рыбной отрасли.
В области переработки вторичного рыбного сырья известны работы Н.П. Боевой, В.А. Мухина, В.Ю. Новикова, М.Д. Мукатовой, Л.Н. Егоровой, Л.И Борисочкиной, В.А. Исаева, Е.С. Чупиковой, А.П. Ярочкина, В.И.
Трещёвой, R. Vega, E. Shady, S. Arason, J. F. Folador и др.
В настоящее время наиболее перспективным направлением утилизации неиспользуемого белоксодержащего сырья является получение из него белковых концентратов, изолятов, гидролизатов, сухих кусковых, порошковых и гранулированных пищевых и кормовых продуктов. Так, например, сушка позволяет сократить расходы на хранение, транспорт, обеспечивает длительную сохранность органолептических и качественных показателей продукции.
Вопросами теории сушки и совершенствования техники и технологии сушки пищевых продуктов занимались такие ученые, как И.Н. Кизеветтер, Н.А. Воскресенский, А.С. Гинзбург, А.В. Лыков, В.И. Базилевич, С.Т.
Антипов, И.Ю. Алексанян, Ю.А. Фатыхов и другие. Однако большинство из работ этих авторов посвящены сушке таких объектов, как рыба различных видов, головоногие моллюски, водоросли. В то же время перспективными объектами переработки являются жидкие продукты, такие как гидролизаты, экстракты, питательные среды, рыбные бульоны, в частности овариальная жидкость осетровых рыб. В связи с этим актуальным является разработка технологии сушки вторичного сырья, полученного прижизненным способом у осетровых рыб, что позволит повысить эффективность производства за счет получения дополнительной прибыли рыбоводными хозяйствами.
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение эффективности использования вторичного сырья прижизненного получения у осетровых рыб путем разработки технологии сухих концентратов из овариальной жидкости (ликорного золя), установление возможности их применения в различных областях промышленности.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- изучить физико-химические показатели и биологическую ценность овариальной жидкости в зависимости от популяционных особенностей доместицированных и выращенных в аквакультуре видов и гибридов осетровых рыб;
- подготовить рекомендации по заготовке и первичной обработке овариальной жидкости;
- разработать технологические режимы сушки овариальной жидкости осетровых рыб для получения сухих концентратов икорного золя;
- изучить состав и свойства сухих концентратов икорного золя;
- обосновать сроки годности икорного золя осетровых рыб;
- провести токсикологические и клинические испытания по определению эффективности икорного золя в качестве ингредиента для косметических средств;
- оценить возможность применения икорного золя осетровых рыб в качестве питательной основы для микробиологических сред;
- разработать техническую документацию по технологии переработки овариальной жидкости, полученной прижизненным способом у осетровых рыб.
Научная новизна работы. Установлено, что по физико-химическим показателям и биологической ценности овариальная жидкость доместицированных и выращенных в аквакультуре видов и гибридов осетровых рыб существенно не различается, что позволяет проводить заготовку сырья, используя смесь овариальной жидкости.
Установлено преимущество сублимационной и распылительной способов сушки по сравнению с вакуумной ИК-пеносушкой, позволяющих получать сухие концентраты высокой биологической ценности, содержащие все незаменимые аминокислоты, водорастворимые витамины группы В и витамин С, макро- и микроэлементы.
Обоснованы консерванты и их концентрации, позволяющие вдвое увеличить сроки хранения овариальной жидкости осетровых рыб.
Впервые предложено и обосновано использование овариальной жидкости осетровых рыб как ингредиента для косметических средств и в качестве питательной основы для микробиологических сред.
Практическая значимость работы. По результатам исследований рекомендованы рациональные параметры и режимы получения сухих концентратов овариальной жидкости осетровых рыб. Разработана технология переработки овариальной жидкости.
Разработаны, согласованы и утверждены ТУ 9154-142-00472124-Икорный золь осетровых рыб для косметической промышленности и ТИ.
Практическая значимость документа подтверждена актами внедрения в производство компаний ООО РТФ Диана и ЗАО Мирра-М.
Разработан проект ТУ 9280-037-00472124-11 Икорный золь сухой для микробиологических сред.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ: №23913Способ получения питательной основы для микробиологических сред, № 2422131 Способ получения биологически активного вещества из осетровых рыб для косметических изделий. Получено свидетельство о регистрации комбинированного товарного знака № 442789.
Разработана программа по определению выхода икры-сырца прижизненного получения у осетровых рыб. Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2011610672 от 11.01.2011.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты комплексных исследований физико-химических показателей и биологической ценности овариальной жидкости в зависимости от популяционных особенностей доместицированных и выращенных в аквакультуре видов и гибридов осетровых рыб.
2. Обоснованные рациональные режимы сушки овариальной жидкости осетровых рыб и сравнительный анализ качества и состава полученных сухих концентратов.
3. Обоснование консерванта, позволяющего вдвое увеличить сроки хранения сухих концентратов овариальной жидкости осетровых рыб.
4. Рекомендации по использованию овариальной жидкости как ингредиента для косметических средств и в качестве питательной основы для микробиологических сред.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены в рамках XV Международной научно-практической конференции Косметические средства и сырье: безопасность и эффективность, Москва, 2010; I Научно-практической конференции молодых ученых ФГУП ВНИРО Современные проблемы и перспективы рыбохозяйственного комплекса, Москва, 2010; Научно-практической конференции Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения, Новый Свет, Крым, Украина, 2011; XVI Международной научно-практической конференции Косметическая индустрия: взгляд в будущее, Москва, 2011.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, в том числе 1 монография, 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, - в зарубежном издании SOFW Journal, 2 патента РФ и 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературных источников и приложений. Работа изложена на 144 стр. основного текста, содержит 22 таблицы, 23 рисунка и приложений. Список литературных источников включает 144 наименования, в том числе 18 зарубежных изданий.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость работы, положения, выносимые на защиту.
В первой главе Анализ технологий концентрирования биологически активных веществ из водных биологических ресурсов и объектов аквакультуры представлены современные аспекты развития аквакультуры, характеристика вторичного сырья прижизненного получения икры у осетровых рыб, описан метод прижизненного получения овулировавшей икры, рассмотрены способы концентрирования биологически активных веществ из водных биологических ресурсов и объектов аквакультуры; показан потенциал недоиспользуемых рыбных ресурсов и перспективы использования овариальной жидкости осетровых рыб.
Во второй главе лОбъекты и методы исследований представлена программно-целевая модель исследований (рис.1), приведена характеристика объектов исследования, описаны методы исследований и условия постановки эксперимента.
Анализ научно - технической и патентной литературы Формулирование цели и задач исследований Выбор объектов и методов исследования Исследование физико-химических показателей Выбор способов сушки и биологической ценности сырья Получение сухих концентратов Физико-химические показатели икорного золя Витаминно-минеральный состав Аминокислотный и фракционный Изучение влияния способов состав белков сушки на объекты исследования Показатели безопасности Обоснование сроков годности икорного золя Исследование безопасности и процента ввода Получение питательной основы для икорного золя в косметические средства микробиологических сред Проведение клинических испытаний по Определение биологической определению эффективности активности питательной основы Разработка технической документации Рисунок 1 - Схема программно-целевой модели исследования В качестве объектов исследований использовали овариальную жидкость различных видов и гибридов осетровых рыб, доместицированных и выращенных в аквакультуре: сибирского осетра (ленской популяции) (Acipenser baerii Br.), стерляди (Acipenser ruthenus L.), бестера (Huso huso L. x Acipenser ruthenus L.), возвратного гибрида "Стерлядь Белуга Стерлядь" (СБС), гибрида "русскоголенского (сибирского)" осетров, доместицированных русского осетра (Acipenser gueldenstaedtii Br.) и белуги (Huso huso L.).
Отделение овариальной жидкости от овулировавшей икры осуществляли декантацией, подвергали очистке через сито шириной ячеек 0,5-0,7 мм, собирали в стерильную тару и хранили при температуре не ниже минус 18С в течение 3-х месяцев. Предварительные исследования показали, что овариальная жидкость представляет собой высокодисперсную коллоидную систему с жидкой дисперсионной средой, в объеме которой распределена дисперсная фаза в виде белковых веществ и макроэлементов.
При пропускании через неё пучка света выявлен светлый конус, видимый в затемненном помещении, что характерно эффекту Тиндаля при рассеивании света коллоидными частицами. Поэтому нами было предложено товарное название данному сырью - ликорный золь.
Общий химический состав, микробиологические исследования, показатели безопасности объектов исследования определяли по стандартным методикам в соответствии с ГОСТ 7636, ГОСТ 10444.15, ГОСТ 10444.12, ГОСТ Р 50474, ГОСТ Р 50480, ГОСТ Р 51921, ГОСТ Р 51301, ГОСТ 30178;
ГОСТ Р 51962, ГОСТ 51766; МУ 08-47/167, ГОСТ 26927;
полихлорированных бифенилов - МУК 4.1.1023.01, пестицидов - МУ 2142, МУ 2482, радионуклидов - МУК 2.6.1.1194.
Содержание витаминов определяли методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе Shimadzu LC 10. Содержание витаминов В1 и В6 определяли по ГОСТ 30627.4, витаминов В2, В5, В12 - по МР 01-19/137-17-95, витамина С - титрометрическим методом. Определение макро- и микроэлементов проводили в ГНУ ВНИМИ по МУК 4.1.991 на атомно-абсорбционном спектрофотометре AA Spectr 220 FC.
Аминокислотный состав определяли по методике, разработанной в лаборатории биохимии и технологии ФГУП ПИНРО. Для исследований использовали хроматомасс-спектрометрическую систему LCMS-QP 80(Shimadzu, Япония), колонку хроматографическую Supelkosilтм LC-18 (30 см 4 мм) 5 мкм. Анализ аминокислотного состава проводили и в НИИФХБ им.
А.Н. Белозерского МГУ на аминокислотном анализаторе Hitachi.
Токсикологические исследования проводили в Испытательном Центре НИИ медицины труда РАМН на трех видах лабораторных животных Ч мышах, морских свинках шиншиллах и кроликах. Биологическую активность овариальной жидкости и сухих концентратов определяли по относительному приросту общей численности инфузорий стилонихия митилус Stylonichia mytilus за сутки. Оценку клинической эффективности сыворотки с икорным золем осетровых рыб производства ЗАО Мирра-М (Россия) проводили в Испытательном Лабораторном Центре ЦКБ РАН.
Гигроскопические свойства сухого концентрата икорного золя определяли тензиметрическим методом Ван Бамелена.
Экспериментальные данные по сушке обрабатывали с применением математического пакета MathCAD Professional и пакета электронных таблиц Microsoft Excel. Статистическую обработку экспериментальных данных и построение графических зависимостей проводили с использованием стандартных программ WINDOWS XP и Microsoft Excel - 2003.
В третьей главе Разработка технологии сухих концентратов из овариальной жидкости осетровых рыб изучены физико-химические показатели и биологическая ценность овариальной жидкости различных видов и гибридов осетровых рыб, подготовлены рекомендации по заготовке и первичной обработке сырья, разработаны технологические режимы сушки овариальной жидкости осетровых рыб, проведена сравнительная оценка качества и состава сухих концентратов икорного золя осетровых рыб.
Икорный золь характеризуется плотностью в пределах 1,0041,007 г/см3, слабощелочным уровнем рН 7,48,5, соленостью 612Й, содержанием сухих веществ 0,61,8%, золы - 0,40,7%, высоким содержанием белка в пересчете на сухое вещество - в среднем 42,5%, и незначительным - 0,070,10 % жира.
Исследования икорного золя осетровых рыб показали присутствие в нем широкого спектра минеральных веществ и водорастворимых витаминов.
Установлено, что по содержанию витамина В1 в икорном золе осетровых рыб значения сходимы с его содержанием в икорной продукции, по содержанию витамина В2 - в 2-3 раза ниже (табл. 1). Содержание витаминов С, B5 и B6, а так же микро- и макроэлементов в икорном золе в несколько раз ниже, чем в икре осетровых и лососевых рыб, что связано с высоким содержанием воды.
Таблица 1 - Содержание витаминов в икорном золе осетровых рыб, икре осетровых и лососевых рыб, мг/100г Икра осетровых рыб Икра лососевых рыб Витамины Икорный золь IV ст.зрел. IV ст.зрел.
С 0,1 -0,5 1,7-2,0 2,4-2,В1 0,29-0,51 0,12-0,42 0,20-0,B2 0,08-0,14 0,30-0,40 0,10-0,B5 0,02-0,04 0,90-1,60 1,10-1,B6 0,001-0,003 0,10 - 0,29 данные отс.
В12 0,03-0,05 данные отс. данные отс.
Определение аминокислотного состава белков икорного золя показало присутствие 19 аминокислот. Суммарное содержание незаменимых аминокислот в икорном золе осетровых рыб составляет около 50%, а их отношение к сумме заменимых аминокислот - более 0,96, что несколько выше данных по аминокислотному составу икры осетровых и лососевых рыб.
Отмечено высокое содержание лизина, треонина, метионина и гистидина. Из заменимых аминокислот доминирующими являются аспарагиновая кислота, глютаминовая кислота, аланин, серин.
Фракционный состав белков икорного золя осетровых рыб представлен пептидами с различными молекулярными массами, однако для икорного золя характерно доминирование пептидов с ММ более 70 кДа. С точки зрения косметологии, чем выше молекулярная масса белка, тем более выражен эффект увлажнения и лифтинга. В целом, можно говорить об аналогии данных аминокислотного и фракционного состава белков икорного золя различных видов осетровых рыб.
Установлено, что физико-химические показатели и биологическая ценность икорного золя осетровых рыб не зависят от видовых особенностей, что позволяет для дальнейшей переработки использовать смесь икорного золя различных видов и гибридов осетровых рыб.
По показателям безопасности икорный золь соответствует требованиям на пищевую икорную продукцию и на сырье для парфюмерно-косметической продукции Единых санитарно-эпидемиологических и гигиенических требований к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору контролю). Содержание КМАФАнМ не превышает норматива, принятого для пищевой икорной продукции (5х104 КОЕ/г), условнопатогенные (S. aureus) и патогенные микроорганизмы (сальмонеллы и L.
monocytogenes) не обнаружены ни в одном из образцов икорного золя Пастеризацию икорного золя проводили согласно Инструкции по изготовлению икры осетровых рыб: температура воды в пастеризаторе - 620С, соотношение массы воды и банок - 5 : 1, продолжительность выдерживания банок с момента погружения в нагретую воду при вместимости банок 95 см3 - 145 мин, при 130 см3 - 180 мин. При этом содержание КМАФАнМ в пастеризованном продукте было на два порядка ниже установленной нормы и составляло не более 1x101.
Для обоснованного выбора рационального способа сушки икорного золя спланированы и проведены экспериментальные исследования по конвективной распылительной сушке, вакуумной пеносушке при ИК- энергоподводе, вакуум-сублимационной сушке.
Исследования конвективной распылительной сушки икорного золя проводили на распылительной сушильной установке Ohkawara Kakohki OL/OC-L8, Япония. В качестве варьируемых параметров приняты: начальная влажность икорного золя Wн, [кгводы/кгвлаж. мат]x100%.; температура сушильного агента Тс.а., С и массовый расход продукта на распыливание Qпрод., кг/ч. На рис. 2 представлены результаты расчета удельного съема продукта. При уменьшении начальной влажности икорного золя наблюдается увеличение удельной производительности, однако нижний предел начальной влажности ограничен (Wн = 0,9 кг/кг = 90%), ввиду увеличения энергозатрат на диспергирование продукта при распылительной сушке. С увеличением температуры сушильного агента производительность существенно увеличивается, но при этом увеличивается и температура продукта, рекомендуемый верхний предел Тс.а. = 260С. Зависимость удельной производительности от массового расхода икорного золя Qпрод носит экстремальный характер, особенно в области влажностей от 90% до 94%.
Рис. 2 - Поле значений удельной производительности с единицы объема:
1 - при Тс.а. = 240С;
2 - при Тс.а. = 250С;
3 - при Тс.а. = 260С.
С одной стороны увеличение расхода определяет увеличение выхода сухого продукта, а с другой стороны приводит к росту продолжительности процесса. Верхний предел Qпрод = 2,кг/ч ограничен и определен в результате предварительных экспериментальных исследований исходя из обеспечения надежной работы механического дискового распылителя. Максимальное значение удельной производительности П = 0,156 кг/(м3ч) достигается при Тс.а. = 260С; Wн =90%; Qпрод = 1,5 кг/ч.
Исследования по вакуумной сушке упаренного икорного золя во вспененном состоянии при ИК-энергоподводе проводили на экспериментальной опытно-промышленной установке для изучения тепломассообменных процессов при сушке в вакууме в тонком слое пены.
К основным факторам, влияющим на интенсивность сушки, относятся:
начальная влажность продукта wн, [кгводы/кгвлаж. мат]x100%, начальная толщина пенослоя hн мм, плотность падающего теплового потока Eп, кВт/м2. Величину остаточного давления в сушильной камере 20Е30 мм.рт.ст. устанавливали на максимально возможном низком уровне.
Перед сушкой икорный золь предварительно упаривали в вакууме при ИК-энергоподводе до влажности wн1= 40%, wн2= 50% и wн3 = 60%, вспенивали перемешиванием до максимальной кратности, пену наносили ровным слоем толщиной hн на подложку. Образец штранга пены сушили до wк = 3%.
Проведенные экспериментальные исследования позволили получить значения целевой функции П при различных hн, Еп, wн. (рис. 3).
С увеличением плотности теплового потока производительность существенно увеличивается, но при этом увеличивается и температура высушиваемого продукта. Рекомендованный верхний предел плотности теплового потока Eп = 3,35 кВт/м2.
Снижение Еп ниже 2,88 кВт/мнецелесообразно ввиду резкого снижения съема сухого продукта.
Рис. 3 - Поле значений удельного съема сухого продукта П с единицы площади при начальной влажности: 1 - wн = 40%, 2 - wн = 50%, 3 - wн = 60%.
Рост съема сухого продукта при уменьшении значения начальной влажности очевиден, однако нижний предел начальной влажности (wн = 40%) ограничен, ввиду увеличения энергозатрат на выпаривание и диспергирование продукта. Увеличение толщины пенослоя до hн = 3 мм приводит к росту П. Дальнейший рост hн препятствует эффекту объемного энергоподвода. Максимальный удельный съем сухого продукта П = 9,01 кг/(м2ч) достигается при wн = 40%; hн = 0,003 м; Eп 3,35 кВт/м2 при облучении лампами КГТ-220-1000.
Исследования процесса замораживания продукта и кинетики вакуумсублимационной сушки икорного золя осетровых рыб проводили на экспериментальной установке Consol 12. Икорный золь замораживали до температуры минус 35 - минус 50С. Продолжительность сушки V = 1,5 л и V = 3 л при температуре минус 35С составила 24 и 72 часа соответственно.
Для получения требуемых характеристик конечного продукта проводили досушку при 30С в течение 4Ц6 часов. На рис. 4 приведены кривые сушки в зависимости от различного объема загрузки V.
Зависимость криоскопической температуры от концентрации сухих веществ в исследуемом продукте отличается от прямолинейной и с увеличением содержания сухих веществ доля вымороженной воды уменьшается.
Рис. 4 - Кривые сушки при различном объеме загрузки V:1ЦV =1,5 л; 2ЦV =2 л; 3ЦV =3 л.
При предварительном замораживании с увеличением содержания сухих веществ в образце продукта наблюдается сокращение времени замораживания на 45%.
Рекомендуемые режимы: начальная влажность W = 99% (нативное состояние), остаточное давление в вакуумной камере - 370 мм.рт.ст., досушка при температуре 30С в течении 4 - 6 часов.
С целью сравнения качества в полученных различными способами сухих концентратах икорного золя осетровых рыб были изучены органолептические и качественные показатели (табл. 2).
Таблица 2 - Органолептические показатели сухих концентратов икорного золя различных способов сушки Наименование Вакуумная ИК- ВакуумРаспылительная показателя пеносушка сублимационная Мелкодисперсный Имеет хлопьевидную порошок, по консистен- Неоднородный пористую структуру, Внешний вид ции напоминающий му- порошок с плотной при интенсивном ку, не требует дальней- структурой перемешивании - шего измельчения однородный порошок.
Коричневато- От почти белого до Цвет Серовато-бежевый бежевый серовато-бежевого Однородный порошок Однородный порошок Неоднородный Консистенция без посторонних без посторонних порошок включений включений Практически не имеет Запах Слабый рыбный Слабый рыбный рыбного запаха Растворимость в Растворяется Плохо растворяется Хорошо растворяется воде и физрастворе Сухие концентраты сублимационной и распылительной сушки по сравнению с сухим концентратом ИК-пеносушки характеризуются лучшими органолептическими показателями: однородные светлые порошки с запахом, свойственным данному виду продукции без порочащих признаков, растворимые в воде и физрастворе. Однако стоит отметить, что по таким показателям, как растворимость, цвет и запах сухой концентрат распылительной сушки несколько уступает лиофилизату.
Установлено, что после распылительной сушки содержание воды в сухом концентрате составляет 4,45,3%, после сублимационной - 8,410,5% и после ИК-пеносушки - 2,83,3%. Содержание белка в сухих концентратах варьирует в пределах от 28,9 до 41,9%, жира - от 1,1 до 2,8%. Содержание золы составляет 43,4-59,5%, что обусловлено высоким содержанием минеральных веществ.
Для дальнейших исследований биологической ценности были выбраны сухие концентраты икорного золя распылительной и сублимационной сушки, поскольку они отвечают предъявляемым требованиям по органолептическим показателям и растворимости.
Содержание витаминов в сухом концентрате распылительной сушки несколько ниже, чем в лиофилизате икорного золя осетровых рыб (табл. 3).
Так, содержание витамина С и В5 в лиофилизате вдвое, а витамина В1 в 1,раза превышает его содержание в сухом концентрате распылительной сушки.
По содержанию витаминов B2, B6, В12 различия незначительны.
Таблица 3 - Содержание витаминов в икорном золе осетровых рыб и его сухих концентратах, мг/100г Витамины Икорный золь-сырец Лиофилизат Сухой концентрат расп. сушки С 0,1 -0,5 2,51-11,79 1,25-6,В1 0,29-0,51 3,50-7,36 2,60-4,B2 0,08-0,14 0,73-1,47 0,58-1,B5 0,02-0,04 0,54-0,61 0,21-0,B6 0,001-0,003 0,05-0,08 0,04-0,В12 0,03-0,05 1,102-1,490 0,84-1,Исследования различных форм икорного золя показали присутствие в нем широкого спектра минеральных веществ. В сухих концентратах отмечено высокое содержание, мг/100г: калия (1130,0-2250,2), магния (137,4145,7), железа (5,26-12,76), меди (0,41-0,69), марганца (0,6-0,7) и цинка (2,344,14).
Определение аминокислотного состава в икорном золе показало присутствие 19 аминокислот, из них 10 незаменимых. Суммарное содержание незаменимых аминокислот в сухих концентратах икорного золя осетровых рыб составляет не менее 47%. Изучение фракционного состава белков показало, что в процессе распылительной сушки наблюдается увеличение содержания низкомолекулярных фракций (6,7-3,4 кД) по сравнению с лиофилизированными образцами.
В четвертой главе Оценка режимов хранения, токсичности и эффективности икорного золя осетровых рыб обоснованы консерванты, сроки и режимы хранения икорного золя осетровых рыб, приведена технологическая схема получения продукции из овариальной жидкости осетровых рыб, представлены результаты токсикологической оценки икорного золя, эффективности применения в качестве ингредиента для косметических средств и возможности применения в качестве питательной основы для микробиологических сред; представлено описание программного обеспечения по определению выхода икры-сырца в овариальной жидкости, приведены расчет экономической эффективности и практические рекомендации.
Проведенные исследования показали, что икорный золь осетровых рыб является природным биокомплексом, содержащим широкий спектр аминокислот, белки, минеральные вещества, водорастворимые витамины, и в нативном и высушенном виде представляет определенный интерес для использования в косметической промышленности. Поэтому нами была рассмотрена возможность использования косметических консервантов с целью увеличения сроков хранения икорного золя осетровых рыб.
Для косметической промышленности рекомендована сублимационная сушка, в большей мере сохраняющая ценные свойства икорного золя. Исходя из того, что икорный золь осетровых рыб является слабощелочным (рН от 7,до 8,5), был выбран консервант Kathon CGIII для внесения в икорный золь перед сушкой. Опытные образцы сухого концентрата были заложены на хранение при температуре 20С.
Выявлено, что значение КМАФАнМ в сухом концентрате не превышало нормируемого уровня на протяжении 7 месяцев хранения в контрольном образце и 14 месяцев в образце с добавлением консерванта (табл.4).
Таблица 4 - Изменение КМАФАнМ в процессе хранения сухих концентратов икорного золя осетровых рыб Консервант 0 мес. 4 мес. 6 мес. 7 мес. 8 мес. 10 мес. 14 мес.
Характеристика контроль 1,1x102 2,8x103 7,9x103 1,0x104 6,2x104 - - Сухой концентрат 1,0x102 4,8x102 1,3x103 1,8x103 3,0x103 4,2x103 1,0x1Kathon CGIII икорного золя В процессе исследования во всех образцах икорного золя не выявлено превышение нормативов, принятых для пищевой икорной продукции, по показателям: БГКП (колиформы) в 1 г продукта; S. аureus в 1 г;
сульфитредуцирующие клостридии в 1 г; патогенные сальмонеллы в 25 г;
плесени и дрожжи не более 50 КОЕ/г.
Высушенный икорный золь относится к порошкам с высокой степенью гигроскопичности. Технологические стадии по переработке, фасовке и упаковке сухих концентратов целесообразно выполнять оперативно с учетом относительной влажности воздуха рабочих зон, длительное хранение продукта необходимо осуществлять в герметичной таре.
На основании проведенных исследований разработана технологическая схема получения сухих концентратов из овариальной жидкости осетровых рыб (рис.5) Прижизненное получение икры Рис. 5 - Технологическая схема получения проСбор икорного золя дукции из овариальной СублимациФильтрование жидкости осетровых онная при рыб.
Wн=99%, Внесение Перемешивание Токсикологическая p=370мм.рт.ст консерванта досушка при Фасование оценка икорного золя t =300С осетровых рыб на Замораживание Пастеризация Размораживание Сушка до t не выше при t=600С животных показала, минус 180С Упаривание что изучаемый проФасование Упаковывание Распылительдукт по степени ная при Маркирование Тс.а.=260С, острой токсичности Wн =90%, Qпрод= 1,5кг/ч Хранение LD50>5 г/кг массы животных относится к 4 классу мало токсичных и мало опасных соединений.
Результаты альтернативного исследования икорного золя (на культуре подвижных клеток) подтверждают данные, полученные при токсикологической оценке на животных, следовательно, икорный золь осетровых рыб является безопасным и может быть рекомендован в качестве ингредиента к использованию в составе косметических средств.
Значения относительного прироста численности инфузорий Stylonichia mytilus в икорном золе при различных разведениях в сравнении с эталонной средой - суспензией пекарских дрожжей в концентрации 2 г/л представлены на рис. 6. В основном значения относительного прироста численности инфузорий лежат в диапазоне от 3 до 5. Икорный золь благоприятно воздействует на простейшие организмы и практически не уступает эталонной среде по биологической 6,5,активности, а при 20-ти 5,5,4,5 4,4,4,4,0 кратном разведении вдвое 3,3,3,3,3,3,0 3,0 3,2,9 превышает значение 2,2,эталона.
1,Рис. 6 - Зависимость относительного прироста числен0,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 ности инфузорий Stylonichia Разведение, раз mytilus от кратности разведений икорного золя и Стерлядь Суспензия пекарских дрожжей СБС эталонной среды.
На основании проведенных исследований была разработана Сыворотка увлажняющая с икорным золем осетровых рыб производства ЗАО Мирра-М (Россия). Анализ клинических данных и результаты инструментальных объективных клинико-лабораторных исследований в динамике показали, что сыворотка с икорным золем хорошо переносится пациентами, не оказывает побочного действия, показатель влагометрии кожи после применения сыворотки увеличился на 33,3%, эластометрии - на 21,5%, профилометрии (улучшение рельефа кожи) - на 10,1% от исходного уровня.
Установлена возможность применения икорного золя в качестве питательной основы для микробиологических сред. Так, сухие концентраты икорного золя интенсифицируют рост инфузорий Stylonichia mytilus и по биологической активности существенно превосходят эталонную среду - Относительный прирост суспензию пекарских дрожжей.
Разработана локальная компьютерная программа Определение выхода икры-сырца прижизненного получения у осетровых рыб, которая позволяет автоматизировать расчеты опытно-контрольных работ и формировать базу данных. С применением программы проводили определение выхода икрысырца и овариальной жидкости. Окно программы представлено на рис. 7.
Рисунок 7 - Окно программы по определению выхода икры-сырца прижизненного получения у осетровых рыб Экономическую эффективность определяли по точке безубыточности (рис. 8), которая является критерием эффективности деятельности организации. Для расчетов использовали фактические данные ООО РТФ Диана.
Рисунок 8 - Определение точки безубыточности Лиофилизата икорного золя.
Установлено, что фактическая выручка предприятия при выпуске лиофилизата икорного золя больше критического значения (Qкр = 168 баночек по 5 г), что свидетельствует о перспективности использования разработанной технологии.
Выводы:
1) Обоснована и разработана технология сухих концентратов из овариальной жидкости, позволяющая повысить эффективность использования вторичного сырья прижизненного получения у осетровых рыб.
2) Установлено, что по физико-химическим показателям и биологической ценности овариальная жидкость доместицированных и выращенных в аквакультуре видов и гибридов осетровых рыб существенно не различается, что позволяет проводить заготовку сырья, используя смесь овариальной жидкости. Выявлено, что икорный золь содержит аминокислот, из них 10 незаменимых, водорастворимые витамины группы В и витамин С, макро- и микроэлементы.
3) Разработаны рекомендации по заготовке и первичной обработке овариальной жидкости осетровых рыб, включающие в себя декантацию от сцеженной икры V стадии зрелости, сортировку по цвету, очистку через сито шириной ячеек 0,5-0,7мм, сбор в чистую сухую тару и хранение до переработки не более 1,5 ч при температуре не выше плюс 20C.
4) Разработаны технологические режимы сушки овариальной жидкости осетровых рыб. Рациональные режимы распылительной сушки: температура сушильного агента Тс.а. = 260С, начальная влажность продукта Wн = 90%, массовый расход продукта Qпрод = 1,5 кг/ч; сублимационной сушки:
начальная влажность Wн = 99%, замораживание до температуры минус 35минус 50С, досушивание при температуре 30С, остаточное давление 3мм.рт.ст. Установлено, что применение вакуумной ИК-пеносушки является нецелесообразным для переработки икорного золя осетровых рыб, поскольку полученный сухой концентрат плохо растворим в воде и физрастворе, обладает плотной неоднородной структурой.
5) Выявлены различия между сухими концентратами распылительной и сублимационной сушки по содержанию витаминов и фракционному составу белков. Содержание витамина С и В5 в лиофилизате вдвое, а витамина В1 в 1,5 раза превышает его содержание в сухом концентрате распылительной сушки. Наибольшее количество белков сохраняет свою природную структуру при сублимационной сушке, при распылительной наблюдается увеличение содержания низкомолекулярных фракций.
Установлено, что сублимационная сушка обеспечивает наиболее высокое качество высушиваемого продукта.
6) На основании микробиологических и органолептических исследований обоснованы следующие сроки годности икорного золя осетровых рыб: мороженый без консервантов при температуре не выше минус 180С - не более 2 месяцев, с консервантами - не более 4 месяцев;
пастеризованный при температуре от минус 20С до минус 40С - не более месяцев, с консервантами Ч не более 6 месяцев; сушеный при температуре не выше 200С Ч не более 6 месяцев, с консервантами Ч не более месяцев. Выбранные консерванты позволяют вдвое увеличить сроки хранения мороженого, пастеризованного и сухих концентратов икорного золя осетровых рыб.
7) По результатам токсикологических исследований установлено, что икорный золь осетровых рыб является безопасным в изученной концентрации (5% - жидкие формы, 0,5% - сухие концентраты) и может быть рекомендован в качестве ингредиента к использованию в составе косметических средств. Клинические испытания сыворотки с икорным золем осетровых рыб выявили её высокую эффективность по изученным объективным показателям функционального состояния кожи (влагометрия, эластометрия и профилометрия).
8) Выявлено, что в икорном золе осетровых рыб содержатся такие необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов компоненты как:
белок, аминокислоты, макроэлементы (натрий, фосфор, калий, кальций, магний) и микроэлементы (железо, медь, марганец, цинк), водорастворимые витамины (витамин С и витамины группы B), pH 7,4-8,5, что обусловило возможность применения икорного золя в качестве питательной основы для микробиологических сред.
9) Разработан и утвержден комплект технической документации по технологии переработки вторичного сырья, полученного прижизненным способом у осетровых рыб - ТУ 9154-142-00472124-09 Икорный золь осетровых рыб для косметической промышленности и ТИ. Разработан проект ТУ 9280-037-00472124-11 Икорный золь сухой для микробиологических сред.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
Монография:
1. Харенко Е.Н., Сытова М.В., Гриценко Е.А. Новое сырье прижизненного получения у осетровых рыб. Биохимические особенности, технологии сушки, перспективы использования // Lambert Academic Publishing, Saarbrcken, 2012. - 84 c.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:
2. Сытова М.В., Харенко Е.Н., Микодина Е.В., Ганжа Е.В., Дмитриева Е.А.
(Гриценко Е.А.) Показатели безопасности и содержание генетически модифицированных источников в овариальной жидкости осетровых рыб // Рыбпром, 2009, № 1. - С. 54-57.
3. Харенко Е.Н., Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Сытова М.В. Сравнительный анализ функционально-технологических свойств овариальной жидкости различных видов (пород) осетровых рыб // Рыбное хозяйство, 2011, № 3. - С. 79-85.
4. Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Харенко Е.Н., Сытова М.В. Разработка режимов сушки икорного золя осетровых рыб // Хранение и переработка сельхозсырья, 2012, № 3. - С. 12-15.
Патенты РФ и свидетельства:
5. Пат. 2391392 Российская Федерация, МПК С12N 1/20. Способ получения питательной основы для микробиологических сред [Текст] / Харенко Е.Н., Цвылев О.П., Сытова М.В., Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.); заявл. 28.10.2008;
опубл.10.06.2010.
6. Пат. 2422131 Российская Федерация, МПК А61К 8/98, А61Q 19/00, А61Q 11/00, А61Q 5/00. Способ получения биологически активного вещества из осетровых рыб для косметических изделий [Текст]/ Сытова М.В., Харенко Е.Н., Дмитриева Е.А.
(Гриценко Е.А.); заявл. 10.03.2010; опубл. 27.06.2011.
7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №20116106РФ. Определение выхода икры-сырца прижизненного получения у осетровых рыб// Харенко Е.Н., Сопина А.В., Ким Э.Н., Филиппов О.А., Сытова М.В., Дмитриева Е.А.
(Гриценко Е.А.); заявл. 18.11.2010; опубл. 11.01.2011.
Публикации в других изданиях и материалах конференций:
8. Гриценко Е.А., Харенко Е.Н. Обоснование сроков и режимов хранения икорного золя осетровых рыб // Устойчивое использование биологических ресурсов морей России: проблемы и перспективы. Всероссийская научн. конф. Тезисы докладов. - М.:
Изд-во ВНИРО, 2012. - С. 84-9. Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Сопина А.В., Харенко Е.Н. Разработка программного обеспечения по определению выхода икры-сырца прижизненного получения у осетровых рыб // Живые системы и биологическая безопасность населения: Материалы VIII Междунар. Научн. конф. - М.: МГУПБ, 2010. - С. 358-359.
10. Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Сытова М.В., Харенко Е.Н. Биологические и токсикологические исследования нового сырья в косметологии - осетрового икорного золя // XV Междунар. научно-пр. конф. Косметические средства и сырье:
безопасность и эффективность. - М.: Wacker, 2010. - С. 37, 83.
11. Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Сытова М.В., Харенко Е.Н. Новый биологически активный ингредиент из осетровых рыб для косметической промышленности // Современные проблемы и перспективы рыбохозяйственного комплекса. I Научно-практич. конф. мол. уч. ФГУП ВНИРО: Тезисы. - М.: Изд-во ВНИРО, 2010. ЦС. 47-49.
12. Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Сытова М.В., Харенко Е.Н. Перспективы использования вторичного сырья от осетровых рыб в составе косметических средств // XVI Международная научно-практич. конф. Косметическая индустрия:взгляд в будущее, 2011, Москва, NCCS. - С. 61, 112.
13. Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Сытова М.В., Харенко Е.Н. Результаты научных исследований икорного золя осетровых рыб для использования в косметических средствах // XIV Междунар. научно-практич. конф. Косметические средства и сырье:
безопасность и эффективность 26-28 октября 2009, Москва, Wacker. - С. 26, 87.
14. Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Харенко Е.Н., Сытова М.В. Использование вторичного сырья прижизненного получения от осетровых рыб в новой линии косметических средств // Мировые тенденции развития аквакультуры и современные методы переработки водных биоресурсов. Междунар. научно-практич. конф.: Тезисы докладов. - М.: Изд-во ВНИРО, 2010. С. 78-79.
15. Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Харенко Е.Н., Цвылев О.П., Сытова М.В.
Использование вторичного сырья осетровых рыб для микробиологических питательных сред // Тезисы докладов в 2 т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2010. - Т. I. - С.
107.
16. Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Харенко Е.Н., Цвылев О.П., Сытова М.В.
Использование икорного золя осетровых рыб в качестве питательной основы для микробиологических сред // Тезисы докладов Научно-практич. конф. Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения -Киев: Издатель В.С. Мартынюк, 2011. С. 405-406.
17. Сытова М.В., Харенко Е.Н., Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.) Биологическая ценность овариальной жидкости осетровых рыб // Пищевая и морская биотехнология:
проблемы и перспективы: Тезисы научно-практич. конф.: Светлогорск. - М.: МАКС Пресс, 2008. - С. 134-135.
18. Сытова М.В., Харенко Е.Н., Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Аитова Е.А.
Икорный золь осетровых рыб - уникальное сырье для использования в косметических средствах // Сырье и упаковка для парфюмерии, косметики, бытовой химии, № (113), декабрь-январь 2010 - 2011. - С. 19-23.
19. Сытова М.В., Харенко Е.Н., Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.), Мосейчук А.Г.
Витаминно-минеральный состав овариальной жидкости осетровых рыб // Биотехнологические процессы и продукты переработки биоресурсов водных и наземных экосистем: Материалы I Междунар. научно-практич. конф. - Астрахань:
Изд-во АГТУ, 2008. С. 76-79.
20. Сытова М.В., Харенко Е.Н., Яричевская Н.Н., Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.) и др. Методическое руководство по определению выхода икры-сырца прижизненного получения у осетровых рыб и икорной продукции из нее // Технологическое нормирование, вып. 1. М.: Изд. ВНИРО, 2008. - 32 с.
21. Харенко Е.Н., Сытова М.В., Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.) Изучение биологической активности сухих концентратов овариальной жидкости осетровых рыб // Тезисы докладов Научно-практич. конф. Биологически активные вещества:
фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения.-Киев: Издатель В.С. Мартынюк, 2009. - С. 67-68.
22. Харенко Е.Н., Сытова М.В., Дмитриева Е.А. (Гриценко Е.А.) Комплексное использование сырья прижизненного получения у осетровых рыб // Аквакультура Европы и Азии: реалии и перспективы развития и сотрудничества. Материалы междунар. научно-практич. конф. - Тюмень: ФГУП Госрыбцентр, 2011. - С. 187-189, 170-172.
23. Sytova M.V., Harenko E.N., Dmitrieva E.A. (Gritsenko Е.А.), Aitova E.N. Roe Sol of sturgeons - a unique raw material for use in cosmetic means // SOFW-Journal, 2011, № 7. - P. 26-36.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям