ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛАТИНА ИЗ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ ВЕРБЛЮЖАТИНЫ

THE TECHNOLOGY FOR PRODUCING GELATIN FROM CAMEL PROCESSING WASTE

Akerke Sydykan

 Master's student, Department of Food Technology and Safety, Kazakh National Agrarian Research University,

Kazakhstan, Almaty

Ayaulym Zhoyamergenova

Master's student, Department of Food Technology and Safety, Kazakh National Agrarian Research University,

Kazakhstan, Almaty

Asia Serikbayeva

scientific adviser, Doctor of Biological Sciences, Professor, Department of Food Technology and Safety, Kazakh National Agrarian Research University,

Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

Желатин используется как ингредиент как в пищевой, так и в непищевой промышленности в качестве желирующего агента, стабилизатора, загустителя, эмульгатора и пленкообразователя. Наиболее распространенными источниками желатина являются шкуры свиней, шкуры крупного рогатого скота и кости крупного рогатого скота. Тем не менее, желатины млекопитающих отвергаются некоторыми потребителями из-за социальных, культурных, религиозных проблем или проблем со здоровьем. В настоящем исследовании рассмотрены способы получения желатина из кожи верблюда в качестве альтернативного источника с использованием комбинации этапов обработки.

ABSTRACT

Gelatin is used as an ingredient in both the food and non-food industries as a gelling agent, stabilizer, thickener, emulsifier and film former. The most common sources of gelatin are pig hides, cattle hides and cattle bones. However, mammalian gelatins are rejected by some consumers due to social, cultural, religious or health concerns. The present study discusses methods of obtaining gelatin from camel skin as an alternative source using a combination of processing steps.

Ключевые слова: Шкура верблюда, Желатин, Добыча, Оптимизация, Характеристика, Халяль.

Keywords: Camel skin, Gelatin, Extraction, Optimization, Characterization, Halal.

Исследовательские работы проводились, на базе лаборатории  Агротехнологический Хаб (AgriTech Hub KazNAU) и Казахстанско-Японского  инновационного центра (КЯИЦ), который является ведущим научно-исследовательским центром открытого типа и является структурным подразделением НАО «Казахский национальный аграрный исследовательский университет».

Для исследований ТОО Sydyk Camel milk предоставил шкуры здоровых верблюдов. Далее удаляли мягкие ткани, надкостницу и мышцы. Затем шкуры солили и хранили в герметичных контейнерах. С соленой кожи удаляли волосы, вымачивая их в щелочном растворе NaOH + сульфид натрия или известняк в течение 3 дней при 10 С °, а затем разрезали на куски.  Обесчесанную верблюжью шкуру тщательно промывали водой для удаления раствора.

Рисунок 1. Извлечение желатина из кожи верблюда

Центральная композитная конструкция в сочетании с методологией поверхности отклика использовалась для достижения высоких выходов желатина при различных условиях экстракции: температурах 40, 60 и 80° C; значения pH 1, 4 и 7; и время экстракции 0,5, 2,0 и 3,5 мин. Максимальный выход желатина из кожи верблюда (29,1%) был достигнут при 71,87 ° C и pH 5,26 через 2,58 мин. Экстрагированные образцы желатина были охарактеризованы по аминокислотному профилю, пенообразующей способности, образованию пленки, стабильности пены и прочности геля (значение Блума). Были получены наночастицы желатина, определены их морфология и дзета-потенциал. Аминокислотный анализ показал, что экстрагированный желатин показал высокое содержание глицина и пролина. Анализ наночастиц желатина из верблюжьей кожи и их функциональных свойств показал их высокую пригодность для пищевых и непищевых продуктов, с потенциальным использованием на растущем мировом рынке халяльных продуктов питания.

Желатин - это белковый продукт, первоначально полученный в результате частичного гидролиза коллагена, полученного из кожи (шкур), костей и соединительных тканей наземных животных, обычно млекопитающих, а также рыб и кур. Желатин обычно используется в качестве ингредиента для повышения эластичности, толщины и эмульгирования. Физические свойства желатина, измеренные по значению Блума и вязкости, являются наиболее важными. Значение Блума дает меру прочности желатина, классифицируемую как низкую (≤150 г), среднюю (150–220 г) и высокую (220–300 г) по цвету.

Халяльный статус желатина млекопитающих является спорным и иногда считается харам. Халяль - это термин, относящийся к некоторым продуктам животного происхождения, которые должны производиться в соответствии с определенными критериями согласно шариатскому «исламскому законодательству». Согласно исламскому учению, свинину и ее субпродукты нельзя употреблять в пищу. Запрещается употребление в качестве продуктов питания или в фармацевтических продуктах и использование (непродовольственные продукты, такие как косметика) харам (не халяль). Однако мясо и его производные от других жвачных животных, включая коров, коз, овец и верблюдов, можно употреблять в пищу, хотя только тогда, когда животное забито в соответствии с исламским учением. Кроме того, проблемы безопасности вызывают такие заболевания, как губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота (ГЭКРС) и свиной грипп у свиней [1].

Интерес к альтернативным источникам халяльного желатина растет из-за растущей обеспокоенности промышленности и потребителей. Растущий спрос на халяльный желатин в халяльных продуктах питания и отказ от харам-источников желатина (в основном свиного желатина) побудили ученых искать альтернативные источники. Рыбный желатин в последнее десятилетие широко изучался многими учреждениями по всему миру.

Т. Aewsiri , С. Benjakul , W. Visessanguan , PA Wierenga и H. Gruppen сообщили, что как теплые, так и холодноводные виды рыб представляют собой альтернативный источник желатина, который разрешен в соответствии с некоторыми религиозными обрядами (халяльными и кошерными) и, вероятно, также не подвержен болезням. Однако рыбий желатин более низкого качества, с меньшим значением цветения и более низким выходом, чем лучшие желатины млекопитающих. Следовательно, был бы желателен новый источник желатина млекопитающих. Потенциально верблюды могут быть интересным новым источником желатина. На сегодняшний день исследований по экстракции и изучению желатина из верблюжьей кожи проводилось мало. Таким образом, статья сосредоточена на исследованиях по оптимизации экстракции и характеризации желатина из кожи верблюда с использованием центральной композитной конструкции в сочетании с методологией поверхности отклика (CCD-RSM) для применения в нанотехнологиях [2].

От 0,1 до 0,2 г желатина из кожи верблюда, крупного рогатого скота и свиньи (Sigma-Aldrich) гидролизовали 5 мл 6 н. Соляной кислоты при 110 ° C в течение 24 часов. Аминокислоты анализировали с использованием системы высокоэффективной жидкостной хроматографии Waters модель 2695 с колонкой AccQ Tag (3,9 × 150 мм) при 36 ° C и вводимом объеме 5 мкл. Элюент AccQ Tag. Концентрат и 60% ацетонитрил фильтровали с использованием мембраны из регенерированной целлюлозы 0,45 мкм. Скорость потока была установлена ​​на уровне 1 мл / мин. Данные были получены и проанализированы с использованием детектора флуоресценции и обработаны с использованием программного обеспечения Waters Empower Pro [3].

Раствор желатина из кожи верблюда (25 мл) обрабатывали ультразвуком с помощью ультразвукового процессора Vibracell с частотой 20 кГц и амплитудой 95% (амплитуда волны 108 мм при 100% амплитуде. ) в течение 2 мин. Через 15 мин измеряли устойчивость к пенообразованию. Пенообразование и стабильность пены рассчитывались по следующим уравнениям:

1. Пенообразование = объем пены при 0 с / начальный объем раствора
2. Стабильность пены = Объем пены при 15 мин / Объем пены при 0 мин.

Прочность желатина верблюжьей кожи (показатель Блума) определяли по методу, описанному Бораном и Регенштейном (2010) . Раствор желатина с концентрацией 6,67% (мас. / Об.) Готовили в колбе (2,3 × 3,6 см) с дистиллированной водой. Величину Блума измеряли с использованием анализатора текстуры Stable Micro Systems с датчиком нагрузки 30 кг и цилиндрическим поршнем с плоской поверхностью диаметром 1,27 см. Когда поршень проник на 4 мм в поверхность геля, регистрировали максимум силы в граммах [4].

Раствор желатина для пленкообразования из верблюжьей кожи готовили с использованием дистиллированной воды в концентрации 4 г / 100 мл. Добавляли пластификаторы (сорбит и глицерин, 0,15 г / г желатина) и смесь гомогенизировали при нагревании и перемешивании при 40 ° C в течение 15 мин. Затем аликвоты по 40 мл использовали для отливки пленок в квадратные чашки (12 × 12 см) с последующей сушкой в ​​обычной печи при 45 ° C в течение 15 часов. Пленки кондиционировали в течение 2 дней при относительной влажности 58% над раствором, насыщенным NaBr, в эксикаторе при 22 ° C, после чего измеряли толщину пленки.

Примерный состав кожи верблюда до и после удаления волос представлен в таблице 1 . Жирность образца без шерсти снизилась до 4,75% (с 6,11%), но содержание влаги и золы увеличилось (с 12,51% до 74,69% и с 0,73% до 1,47% соответственно). Эти результаты согласуются с длительным временем замачивания, требуемым в растворах для удаления волос, хотя в литературе нет доступных данных для сравнения.

Таблица 1.

Примерный состав и физические характеристики желатина из верблюжьей кожи.

Выход желатина варьировал от 9,57% до 28,59%. Статистический анализ (результат не показан) показал, что время экстракции значительно ( p  <0,05) влияло на экстракцию желатина из кожи верблюда. Это выраженное влияние времени экстракции может быть связано с дополнительным временем, необходимым для разматывания поперечных связей коллагена перед образованием желатина. Коэффициенты выхода желатина из кожи верблюда были созданы с использованием регрессионного анализа. Разработанные модели были релевантными ( p  <0,05) и пригодными для прогнозирования выхода желатина. Было использовано следующее уравнение: (1)Выход желатина из верблюжьей шкуры знак равно+26,34+0,11А-8,738E-003B+7,29C-3,72А2-1,83B2-4,54C2+1,44AB-0,88AC+1,69C, где A = температура, B = pH и C = время экстракции.

Таблица 2.

Результаты оптимизации: выход * желатина из верблюжьей кожи с использованием CCD-RSM. * Самый высокий выход желатина (29,1%) был получен при 71,87 ° C и pH 5,26 через 3,2 мин.

Графический формат был адаптирован для упрощения визуализации оптимальных условий. В пределах диапазона используемых условий экстракции оптимизация была достигнута в определенных точках. Дальнейший статистический анализ показал оптимальный выход 29,1% желатина из кожи верблюда при 71,87 ° C и pH 5,26 через 2,58 мин.

Что касается белков в целом, то на функциональные свойства желатина верблюжьей кожи влиял их аминокислотный профиль. Желатин из кожи верблюда показал высокое содержание глицина, пролина и лизина аналогично желатину крупного рогатого скота и свиньи. Высокое содержание глицина обычно представлено в виде глицина в каждой третьей позиции полипептидной цепи (почти одна треть ее остатков). Предыдущие обзоры качества биопленки желатина подчеркнули важную роль иминокислот (пролина и гидроксипролина) и глицина. Повышенная устойчивость к деформации желатиновой пленки обусловлена высоким содержанием пролина и его ролью в структуре коллагена. Вторичная структура коллагена возникает из-за присутствия иминокислот (пролина и гидроксипролина), которые стабилизируют тройную спираль и предотвращают вращение основной цепи полипептида. Содержание лизина в желатине из кожи верблюда было выше, чем в желатине свиньи и крупного рогатого скота.

Таблица 3.

Аминокислотный профиль желатина из шкур разных животных

Помимо гелеобразования, желатин проявляет желаемые пенообразующие свойства за счет увеличения вязкости водной фазы и, таким образом, снижения поверхностного натяжения на границе раздела жидкость-воздух. Пенообразующая способность желатина из верблюжьей кости (10%) выше, чем у желатина из верблюжьей кожи (4%).

Стабильность пены в основном зависит от природы пленки и отражает взаимодействия между белками в матрице пены. Устойчивость пены желатина из верблюжьей кости (4%) была выше, чем у желатина из верблюжьей кожи (2%). Обычно пенообразующая способность и стабильность пены белков связаны с их гидрофобными свойствами. Увеличение количества гидрофобных белковых групп может значительно улучшить поверхностные свойства, включая пенообразование и стабильность пены.

Величина поседения желатина из верблюжьей кожи составила 340 ± 0,5 г. Это значение аналогично желатину из свиной кожи (350,4 г), выше, чем у желатина из кожи крупного рогатого скота (266,69 г), и превышает «высокую» категорию Блума (значение Блума, 100–300 г) желатина млекопитающих. Коммерческим спросом пользуются желатины со значением цветения 50–260 г; Визажисты используют желатин со значением Блума 300 г для специальных эффектов (например, для создания искусственных ран), в то время как в индустрии напитков желатин с низким значением Блума используется для устранения мутности [5, 896].

Толщина желатиновой пленки верблюжьей шкуры составила 0,5 см, что несколько меньше, чем у желатина из кожи быка (0,8 см) и свиньи (0,9 см). Толщина желатиновых пленок из кожи верблюда была в пределах диапазона, указанного для желатиновых пленок из кожи крупного рогатого скота и тунца, и соответствовала ранее заявленным значениям. Желатиновая пленка повышает устойчивость пищевых продуктов (например, фруктов, мяса и т. д.) К воздействию света, кислорода и высыхания.

Заключение

Желатин был получен из кожи верблюда с использованием CCD-RSM для оптимизации условий экстракции (температура, pH и время), и экстрагированный желатин был успешно охарактеризован. Верблюжья шкура может быть ценным источником желатина и альтернативой свиному желатину, который имеет особое значение на рынке халяль.

Список литературы:

1. Вангели С.В., Надточей Г.А. Прионные инфекции: губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота // МНИЖ. 2019. №8-1 (86). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prionnye-infektsii-gubkoobraznaya-entsefalopatiya-krupnogo-rogatogo-skota (дата обращения: 25.04.2021).
2. Jewsiri, T., Benjakul, S., Visessanguan, W., Wierenga, P. A., & Gruppen, H. (2010). Antioxidative activity and emulsifying properties of cuttlefish skin gelatin–tannic acid complex as influenced by types of interaction. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 11(4), 712-720. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2010.04.001
3. Mariod, A.A., Adam, H.F. 2013. Review: Gelatin, source, extraction and industrial applications. Acta. Sci. Pol. Technol. Aliment. 12, 135-147. https://www.food.actapol.net/volume12/issue/1_2_2013.pdf
4. Boran, G., Regenstein J.M. 2010. Fish gelatin. Adv. Food Nutr. Res. 60, 119-143. https://doi.org/10.1016/S1043-4526(10)60005-8
5. Benjamin K.S., Nollet L.M.L., Toldrfa F., Benjakul S., Paliyath G., Hui Y. H. Food Biochemistry and Food Processing. John Wiley & Sons Inc, 2012. 896 p.