УДК 664. 959. 5(06)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЫБНОГО КОЛЛАГЕНА И ПРОДУКТОВ
ЕГО ГИДРОЛИЗА
Приведены данные об использовании рыбного коллагена и продуктов его гидролиза в различных областях промышленности и хозяйства.
коллагенсодержащие рыбные отходы, коллаген, рыбный коллаген, глютин, желатин, фибриллярный белок
Современное производство рыбопродукции сопровождается большим количеством белоксодержащих отходов (кости, плавники, кожа, чешуя, внутренности подпрессовые бульоны и т. д.), составляющих от 30 до 70% от массы исходного сырья.
Частичное использование данных отходов приводит, с одной стороны, к потере крайне важного белкового продукта для использования в пищевых, кормовых и других целях, а с другой – к загрязнению окружающей среды и нарушению Международной конвенции по предотвращению загрязнения морей сбросами отходов и других материалов.
Белоксодержащие отходы являются источником коллагена и продуктов его гидролиза, которые находят широкое применение во многих отраслях экономики.
В последнее время интерес к рыбному коллагену значительно возрос, это связанно с тем, что губчатая энцефалопатия (болезнь бешенства крупного рогатого скота) стала настолько серьёзной проблемой, что использование коллагена животного происхождения становится небезопасно. Наука не располагает информацией о передаче вирусов от кожи рыб к людям. Кроме того, рыбный коллаген является гипоаллергенным (так как на 96 % идентичен человеческому белку).
Проблемой рационального использования коллагенсодержащего сырья во многих странах мира занимаются целые школы и научные направления. В 2000 г. в Европе стартовал большой проект, объединивший семь компаний и научных институтов по изучению рыбного коллагена. Голландский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства (RIVO), являясь ведущей организацией данного проекта, предлагает применять коллаген в косметической и фармацевтической промышленности для производства кремов и носителей. По мнению учёных, коллаген может стать основой для искусственной кожи, предназначенной для людей с серьёзными ожогами, позволяющей снизить риск возникновения инфекционных заболеваний. В университете Хоккайдо исследователями созданы искусственные кровеносные сосуды из коллагена кожи лосося, изобретение с успехом прошло клинические испытания на крысах, которым заменили аорты новыми искусственными сосудами.
В медицине рыбный коллаген и продукты его гидролиза широко применяют в виде различных пленок, губок, ниток, трубок, повязок, пластырей и других препаратов для лечения ран, ожогов, трофических язв, пульпитов, гипертонической болезни, остеоартрита, недержания мочи [1,2]. Выявлен противораковый эффект рыбного коллагена. Организовано производство контактных линз из фибриллярного белка рыб [1].
Коллаген также находит применение в полиграфии, при производстве фотоплёнок, телевизионных трубок и видеокамер, а также используется в качестве держателя кремниевых чипов в компьютерах и микропроцессорах, в красках для автомобилей и как клей [1].
В пищевой промышленности коллаген и продукты его гидролиза используются при производстве желатины, для осветления вин, для получения пищевых плёнок, покрытий, съедобных оболочек в качестве структурообразователя в заливках для консервов и рыбных фаршей, формованных рыбных изделий, при производстве искусственной икры, бульонов, студней, соусов, различных оздоровительных напитков и коктейлей и как добавки в хлебопекарном и кондитерском производствах.
Кафедра химии (ФГОУ ВПО «КГТУ») в течение ряда лет проводит исследования в области переработки коллагенсодержащих рыбных отходов с целью использования их в кормовом и пищевом направлениях. На основании проведённых исследований разработаны способы переработки коллагенсодержащего рыбного сырья, которые подтверждены патентами [3,4].
В комбикормовой промышленности коллаген используется для производства гранулированных экструдированных и пластинчатых кормов с целью увеличения их биологической ценности, прочности гранул и увеличения времени их растворения при нахождении в воде. Особенно актуально использование продуктов гидролиза коллагена (рыбные подпрессовые бульоны) при производстве стартовых комбикормов для молоди ценных пород рыб и гидробионтов (осётр, форель, лосось, морской ёж и др.), способствующих увеличению процента их выживаемости. Было обнаружено, что наибольшей аттрактантной активностью обладают такие аминокислоты (в отдельности и в различных сочетаниях), как глицин, пролин, аланин и др. При добавлении в корм их смеси у японских угрей, например, потребление пищи возрастало втрое. Приведённые факты свидетельствуют о важной роли рассматриваемых трёх аминокислот в процессе интенсивного роста [5].
В растущем организме при естественном интенсивном выращивании биомассы потребность в предшественниках белка на 30 % обусловлена коллагеном, самым распространённым белком в организме, составляющем 30 % всех белков. В то же время этот соединительнотканный белок на 27-32 % состоит из глицина, 21 -22 % в нём составляют пролин и оксипролин и 11 % аланин, что обуславливает значительную потребность в этих аминокислотах, особенно в растущем организме. При этом выявлена более высокая скорость поступления в мозг молодых животных таких аминокислот, как лизин и пролин, по сравнению со зрелыми животными. В растущем организме фибриллярный белок эмбриональной эмали очень богат пролином.
В зависимости от степени гидролиза отходов рыбопереработки можно получить продукты с различными специфическими свойствами: обогащающую кормовую добавку (полипептиды, свободные аминокислоты) или увеличивающую пищевую привлекательность корма (приманки).
В птицеводстве добавление в корм коллагенсодержащего сырья способствует лучшей оперяемости, сокращению срока линьки и, соответственно, повышению яйценоскости, а в пушном звероводстве получению качественного (прочного, блестящего) меха.
В микробиологической промышленности продукты гидролиза коллагена используются в качестве питательной среды при культивировании микроорганизмов.
Одним из оригинальных направлений переработки рыбных отходов, содержащих коллаген (кожа, чешуя), является производство обуви, одежды, кошельков, сумок и других галантерейных изделий и украшений.
Известно, что белок соединительной ткани – коллаген – является на самом деле семейством целого ряда изоколлагенов, в состав которого входят свыше 20 видов белков, отличающихся друг от друга не только структурой, но и самыми разнообразными функциональными свойствами. В настоящее время хорошо изучены коллагены ХII типов. Они отличаются по аминокислотной последовательности, строению, их распределению в тканях, по своей молекулярной массе и функциях. Согласно их структуре и распределению в различных тканях беспозвоночных и позвоночных животных, они условно могут быть разделены на три группы: коллагены с фибриллярной структурой типов I, II, III, V и XI; нефибриллярные, сетчатые коллагены или коллагены базальных мембран типа IV, VI и минорные коллагены, к которым относятся коллагены типов VII, VIII, X и XII [6].
Коллагены рыб в основном относятся к I и III типам, аналогично коллагенам скелетных мышц человека. Рыбный и животный коллаген состоит из субъединиц, называемых тропоколлагеном, закрученных в спираль и имеющих относительную молекулярную массу 300000. Высокая концентрация глицина и пролина является характерной особенностью аминокислотного состава коллагена, причём данные аминокислоты формируют повторяющуюся последовательность: пролин – глицин – Х, где Х – другая аминокислота. Такая повторяющаяся последовательность и получающиеся в результате связи обуславливают спиралевидную структуру коллагена. Особенностью рыбного коллагена является более низкое содержание аминокислот (гистидин, фенилаланин, лизин, лейцин, валин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты), следовательно, и меньшее число поперечных связей, а также несколько иной аминокислотный состав (гидроксопролин и гидроксилизин) одной из цепей. Поэтому температура сокращения и разложения коллагена рыбы ниже аналогичной температуры теплотворных животных. Так, если коллаген говядины после нагревания в течение 2,5 мин подвергается желатинизации примерно на 10%, то коллаген рыбы при тех же условиях нагревания разрушается на 50-60 и до 75% [7]. При этом концентрат продуктов гидролиза рыбного коллагена даже при содержании 40 -50% сухих веществ сохраняет текучесть, в отличие от аналогичного концентрата животного коллагена. Эти особенности должны быть учтены при переработке рыбных отходов.
Коллаген очень плохо поддается действию пищеварительных ферментов. Из-за отсутствия такой аминокислоты, как триптофан, является белком невысокой биологической ценности. Однако в последнее время роль коллагена в питании пересмотрена. На основании физиологического действия коллаген можно отнести к пищевым волокнам. В то же время доказано, что при оптимальном сочетании мышечных белков и коллагенов показатель чистого усвоения белка максимален.
Продукты гидролиза коллагена (глютин, желатин и др.) активно стимулируют секреторную и двигательную функции желудка и кишечника, оказывают благотворное влияние на состояние и функцию полезной кишечной микрофлоры [8].
Основной проблемой переработки рыбного коллагенсодержащего сырья, по мнению автора, является значительное увеличение вязкости растворов при гидролизе с содержанием сухих веществ более 25 – 30%, что значительно увеличивает энергоёмкость и время проведения процесса концентрирования (выпаривания) и сушки, а также сложность очистки выпарного оборудования. Кроме того, в результате кислотного гидролиза (обработка кислотой в течение 24 – 48 ч с целью получения желатина типа А) почти полностью разрушается триптофан, частично серин, треонин, аспарагин, глутамин, а при щелочной обработке (в течение нескольких недель в мягких условиях с целью получения желатина типа В) происходит частичная рацемация аминокислот и разрушение цистина, метионина, цистеина, что снижает биологическую ценность получаемых продуктов. После гидролиза при нейтрализации среды образуется соль. Обессоливание гидролизатов, как правило, малоэффективно из-за увеличения продолжительности процесса, что приводит к удорожанию технологии.
В связи с этим необходимо разрабатывать научно обоснованные и экономически приемлемые способы переработки коллагенсодержащего рыбного сырья.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Киладзе отходы – ценное сырье/ //Рыбное хозяйство.- № 3.- 2004 . – С.58.
2. Киселев коллагена в медицине/// Морская индустрия (информационно-аналитический журнал).- №2(15).- 2002. - С.32.
3. Пат. 2262861 С2 МПК7 А23К 1/10 Cпособ получения кормовой белково-минеральной муки / ёв, (Россия). - № 000.
4. Пат. 2241347 С2 МПК7 А23 L 1/0562, 1/325, 1/30. Способ получения пищевой добавки / , (Россия). - № 000
5. Воропаев отходов рыбообработки в кормопроизводстве/, , // Ресурсосберегающие технологии в аквакультуре: тез. докл./ Краснодар, 1996. – С.11.
6. Неклюдов коллагенов из органов и тканей млекопитающих / // Экологические системы и приборы.- №11.- 2005. – С 24.
7. Технология рыбного фарша: пер. с польск. /Э. Колаковский. - М.: Агропромиздат, 1991.- 43 -45 с.
8. Химия пищи: в 2 кн.- Кн. 1: Белки: структура, функции, роль в питании/ , Л. В., Антипова, и др. – М.: Колос, 2000. – 384 с.
Usage of the fish collagen and products of its hydrolysis
V. I. Vorobyev
The data of fish collagen and products of its hydrolysis usage in different industrial and agricultural areas are presented in this article.
