Авторы

Исследования по оптимизации ферментативного процесса выделения жира из вторичного рыбного сырья для использования в биотехнологии

DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-3-43-55
УДК 664.951.014: 639.55: 627.8

Исследования по оптимизации ферментативного процесса выделения жира из вторичного рыбного сырья для использования в биотехнологии

Мезенова О. Я., Агафонова С. В., Романенко Н. Ю., Калинина Н. С., Волков В. В., Дамбарович Л. В., Федоров Д. С., Федорова О. С., Ячников Д. В.

Ссылка для цитирования: Мезенова О.Я., Агафонова С.В., Романенко Н.Ю., Калинина Н.С., Волков В.В., Дамбарович Л.В., Федоров Д.С., Федорова О.С., Ячников Д.В. Исследования по оптимизации ферментативного процесса выделения жира из вторичного рыбного сырья для использования в биотехнологии. // Вестник Международной академии холода. 2024. № 3. С. 43-55. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-3-43-55. [Mezenova O.Ya., Agafonova S.V., Romanenko N.Yu., Kalinina N.S., Volkov V.V., Dambarovich L.V., Fedorov D.S., Fedorova O.S., Yachnikov D.V. Optimization of the enzymatic process of fat isolation from secondary fish raw materials for use in biotechnology. Journal of International Academy of Refrigeration. 2024. No 3. p. 43-55. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-3-43-55]

Аннотация
Актуальность использования рыбного жира из отходов рыбопереработки обусловлена масштабностью проблемы, высокой биологической ценностью жира и его низкой хранимоспособностью. Целью исследования являлась оптимизация ферментативной экстракции жира из жиросодержащих рыбных отходов для микробного синтеза продуктов биотехнологии. В качестве сырья использовали головы копченой кильки и скумбрии, внутренности судака с содержанием жира 20,3-42,1%. Планирование экспериментов осуществляли на основе ортогонального центрального композиционного плана второго порядка для трех факторов (температура, продолжительность, дозировка фермента алкалазы). Частными откликами являлись выход жира, его кислотное и перекисное числа. Установлено, что с увеличением дозировки фермента и продолжительности обработки выход жира увеличивается, а показатели качества ухудшаются. Количество извлекаемого жира варьируется от 24,9% до 42,1% от его содержания в сырье, кислотное число (мг КОН/г) изменяется от 5,7 (килька) до 21,7 (скумбрия), перекисное число (ммоль акт. кислорода/кг жира) – от 9,1 (килька) до 107,2 (скумбрия). Получены математические модели в кодированном и натуральном виде, связывающие факторы ферментолиза с частными откликами и обобщенным параметром оптимизации. Проанализированы изменения показателей качества и выхода жира в зависимости от каждого из факторов и их совокупностей, определены области локализации экстремумов поверхностей откликов. Рекомендуемые режимы ферментолиза, в зависимости от вида рыбного сырья: температура 45-65 °С; продолжительность 25-65 мин; дозировка алкалазы 0,35-0,45%. Выделенный жир по своим показателям может быть использован в качестве источника углерода для микробного синтеза продуктов биотехнологии - белков и биополимеров полигидроксиалканоатов.

Ключевые слова: рыбные отходы, рыбный жир, кислотное число, перекисное число, выход жира, ферментолиз, микробный синтез, продукты биотехнологии.

Список литературы

1. Мезенова О.Я.Современная пищевая биотехнология: основные проблемы и вызовы // Вестник Международной академии холода. 2023. № 1. С. 35-46. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-1-35-46

2. Боева Н.П., Бредихина О.В., Петрова М.С., Баскакова Ю.А.Технология жиров из водных биологических ресурсов: монография. М.: Изд-во ВНИРО, 2016. 107 с.

3. Потенциал и перспективы использования жира из копченых рыбных отходов / О.Я. Мезенова, С.В. Агафонова, Н.Ю. Романенко, Н.С. Калинина, В.В. Волков, Л.В. Дамбарович // Известия КГТУ. 2023. № 70. С. 103-114.DOI: 10.46845/1997-3071-2023-70-103-114.

4. Разработка технологии получения жира из жиросодержащих отходов переработки промысловых рыб Волжско-Каспийского бассейна / М.Д. Мукатова, Н.А. Киричко, М.С. Моисеенко, С.А. Соколов // Известия ТИНРО, 2018. Т. 193. С.211-222.DOI: 10.26428/1606-9919-2018-193-211-222.

5. Исследование и рациональное применение пептидных и липидных композиций, получаемых при гидролизной переработке коллагенсодержащих тканей / Мезенова О.Я., Тишлер Д., Агафонова С.В., Мезенова Н.Ю., Волков В.В., Бараненко Д.А., Гримм Т., Ридель С. // Вестник Международной академии холода. 2021. № 1. С. 46-58.DOI: 10.17586/1606-4313-2021-20-1-46-58

6. Nahidur Rahman, Shaharior Hashem, Shireen Akther, Jakia Sultana Jothi.Impact of various extraction methods on fatty acid profile, physicochemical properties, and nutritional quality index of Pangus fish oil. // Food Science & Nutrition. 2023. 11(8). DOI: 10.1002/fsn3.3431

7. Pinela José, Fuente Beatrizdela, Rodrigues Matilde et al.Fish By-Products into Bioactive Fish Oil: The Suitability of Microwave-Assisted Extraction. // Biomolecules. 2022. 13(1).DOI: 10.3390/biom13010001.

8. Authors D.V., Thuoc V.T.M.Bioconversion of Crude Fish Oil Into Poly-3-hydroxybutyrate by Ralstonia sp. M91 // Anh Applied Biochemistry and Microbiology. 2021. Vol. 57. No. 2. pp. 219-225. DOI:10.1016/j.btre.2022.e00700.

9. Correa-Galeote David, Argiz Lucia, Val del Rio Angeles, Mosquera-Corral Anuska, Juarez-Jimenez Belen, Gonzalez-Lopez Jesus and Rodelas Belen.Dynamics of PHA-Accumulating Bacterial Communities Fed with Lipid-Rich Liquid Efﬂuents from Fish-Canning Industries // Polymers. 2022. 14. 1396. DOI: 10.3390/polym14071396.

10. Doan Van Thuoc a, Dam Ngoc My a, Tran Thi Loan a, Kumar Sudesh.Uti-lization of waste fish oil and glycerol as carbon sources for polyhydroxyalkanoate production by Salinivibrio sp. M318 // International Journal of Biological Macromolecules. 1 December 2019, Vol. 141, рр. 885-892.DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.09.063.

11. Gonzalez-Cabaleirob Rebeca, Correa-Galeotec David, Val del Rioa Angeles, Mosquera-Corrala Anuska.Open-culture biotechnological process for triacylglycerides and polyhydroxyalkanoates recovery from industrial waste fish oil under saline conditions Lucia Argiza // Separation and Purification Technology 270 (2021) 118805. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.118805

12. Жила Н.О., Волков В.В., Мезенова О.Я, Киселев Е.Г., Волова Т.Г. Отходы рыбопереработки – перспективный субстрат для синтеза целевых продуктов биотехнологии // Журнал СФУ. Биология. 2023. Т. 16(3). С. 386-397.

13. Properties of degradable polyhydroxyalkanoates synthesized from new waster fish oils (WFO) / N. O. Zhila, E.G. Kiselev, V.V. Volkov, O.Ya. Mezenova, K.Yu. Sapozhnikova, E.I. Shishatskaya, and T.G. Volova // Int J Mol Sci. 2023. Oct 5; 24(19):14919. DOI: 10.3390/ijms241914919.

14. Оценка безопасности и биологической ценности очищенного жира из вторичного шпротного сырья / С.В. Агафонова, О.Я. Мезенова, Л.В. Дамбарович // Известия вузов. Пищевая технология. 2023. 4 (393). С. 123-128.DOI: 10.26297/0579-3009.2023.4.21.

15. Ella Aitta, Alexis Marsol-Vall, Annelie Damerau and Baoru Yang. Enzyme-Assisted Extraction of Fish Oil from Whole Fish and by-Products of Baltic Herring (Clupea harengus membras). // Foods. 2021, 10(8), 1811. DOI: 10.3390/foods10081811.

16. Обоснование рациональных режимов термического выделения липидов из жиросодержащих рыбных отходов / О.Я. Мезенова, С.В. Агафонов, Н.Ю. Романенко, Н.С. Калинина, В.В. Волков // Рыбное хозяйство. 2023. № 4. С. 103-110. DOI: 10.37663/0131-6184-2023-4-99-106.

17. Дамбарович Л.В., Агафонова С.В. Ферментативная экстракция жира из вторичного сырья атлантической скумбрии и его использование в функциональном питании // Вестник Международной академии холода. 2022. №2. С. 48-55.DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-2-48-55.

18. Volova T., Sapozhnikova K., Zhila N. Cupriavidus necator B-10646 growth and polyhydroxyalkanoates production on different plant oils. // International Journal of Biological Macromolecules. 2020. No 164. p. 121-130.DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.095.

19. Kanokphorn Sangkharak, Nisa Paichid, Tewan Yunu, Sappasith Klomklao, Poonsuk Prasertsan.Utilisation of tuna condensate waste from the canning industry as a novel substrate for polyhydroxyalkanoate production // Biomass Conversion and Biorefinery. 2021. 11:2053-2064 https://doi.org/10.1007/s13399-019-00581-4

20. Tran Thi Loana, Dao Thi Quynh Tranga, Pham Quang Huyc, Pham Xuan Ninhd, Doan Van Thuoca.A fermentation process for the production of poly(3-hydroxybutyrate) using waste cooking oil or waste fish oil as inexpensive carbon substrate // Biotechnology Reports. March 2022. Vol. 33. DOI: 10.1016/j.btre.2022.e00700.