На правах рукописи

БОЛГОВА Светлана Борисовна

РЫБНЫЕ КОЛЛАГЕНЫ: ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ

05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж – 2015

2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего образования «Воронежский

государственный университет инженерных технологий».

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Антипова Людмила Васильевна ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Официальные оппоненты: Глотова Ирина Анатольевна

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», заведующий кафедрой

Соколов Александр Юрьевич кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО «Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова», доцент

Ведущая организация: ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии», г. Москва

Защита состоится «28» декабря 2015 г. в 10 ч 00 мин. на заседании

совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.04 на базе ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, Воронеж, пр-т Революции, д. 19, конференц зал.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю совета Д 212.035.04.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВО «ВГУИТ». Полный текст диссертации размещен в сети «Интернет» на официальном сайте ФГБОУ ВО «ВГУИТ» www.vsuet.ru «20» октября 2015 г. Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ: vak2.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВО «ВГУИТ» www.vsuet.ru «28» октября 2015 г.

Автореферат разослан «18» ноября 2015 г. Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук М. Е. Успенская

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рыба и рыбные продукты являются

важным компонентом в пищевом рационе, а для населения ряда стран -

основным продуктом питания. Сложившаяся политическая ситуация и

санкции Евросоюза, США и других сторонников существенно

отразились на жизни нашей страны. Продуктовое эмбарго лишило

Россию ряда импортного сырья и продуктов, в том числе рыбных.

Поэтому развитие прудового рыболовства и аквакультуры является

актуальным, перспективным и поддерживается Правительством РФ, о

чем свидетельствуют важнейшие стратегические документы: «Водная

стратегия Российской Федерации на период до 2020 года», «Стратегия

развития рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации на

период до 2020 года», «Доктрина продовольственной безопасности

Российской Федерации на период до 2020 года» от 24 апреля 2012г.

№1853п-П8.

Производство прудовой рыбы постоянно растет. Этому

способствует увеличивающийся спрос на недорогую рыбу и умелое

использование экономических рычагов для развития отрасли.

Увеличение производства подразумевает разделку и

переработку, а, следовательно, большое количество побочных

продуктов, которые в лучшем случае идут на удобрения или кормовую

муку, а в худшем просто на свалку. Многие из этих отходов содержат

функциональный биополимер коллаген – белок, который благодаря

своей уникальной структуре и физико-химическим свойствам нашел

применение во многих отраслях промышленности.

В России и за рубежом значительный вклад в изучение

источников, свойств, способов получения и применения коллагенов

внесли работы Л.В. Антиповой, А.И. Сапожниковой, И.А. Глотовой,

О.П. Дворяниновой, С.А. Сторублевцева, Ю.В. Болтыхова,

А.Г. Хаустовой, Н.В. Черниги, Э.М. Расулова, В.И. Воробьѐва,

А.Д. Неклюдова, G,Y Li, A.K. Lampe, M. Ruehl и др.

На сегодняшний день в России имеется всего два предприятия,

производящих коллаген: ОАО «Лужский завод «Белкозин»» (г. Луга

Ленинградской области), построенный еще в советский период и

крупнейший в России промышленный комплекс по производству

коллагена на базе Верхневолжского кожевенного завода в

г. Осташкове Тверской области, открывшийся в феврале 2015 года. До

его появления практически весь коллаген импортировался из Бразилии

и стран Европы. Оба предприятия используют коллагенсодержащее

сырье животного происхождения, преимущественно спилок шкур

крупного рогатого скота. Проблемы, связанные с бешенством с/х скота

4

в Европе, создали непреодолимые трудности в поставке этих

продуктов в Россию.

В связи с этим чрезвычайно актуален поиск новых источников

коллагеновых белков и исследование их свойств, где внимание

привлекают рыбные источники

Они открывают перспективы создания отечественного

производства коллагеновых белков на основе методов биотехнологии

и принципах ресурсосбережения.

Диссертационная работа проводилась в рамках

Государственного задания №2014/22 НИР №3017 «Биотехнологии

переработки сельскохозяйственных животных и рыб в обеспечении

продовольственной безопасности страны».

Цель работы – состоит в обосновании условий создания

отечественного производства коллагеновых субстанций рыбного

происхождения для обеспечения различных секторов экономики.

В рамках поставленной цели были сформулированы и решались

следующие основные задачи:

провести патентно-информационный поиск, обосновать выбор

сырьевых объектов;

гистоморфологическая характеристика, химический и

фракционный состав рыбных шкур как источника функциональных

биополимеров;

разработать технологию получения коллагеновых белков,

обосновать параметры и режимы обработки рыбных шкур;

идентифицировать и изучить свойства коллагеновых

дисперсий;

выявить структурные особенности коллагеновых белков

животного и рыбного происхождения;

оценить биологическую безопасность в опытах in vivo и

функциональную эффективность коллагеновой дисперсии;

разработать практические рекомендации по использованию

рыбных коллагенов в пищевой промышленности и при получении

косметических средств;

разработка проекта технической документации на новый вид

продукции; провести апробацию результатов исследований, дать

оценку экономической эффективности новых технических решений.

Научная новизна

Результаты информационно-патентного поиска показали

целесообразность использования рыбного сырья в качестве

альтернативного источника коллагеновых белков. На основании

гистоморфологической идентификации коллагеновых белков в рыбных

5

побочных продуктах переработки, анализа общего химического

состава, количественного соотношения фракций, аминокислотного

состава белков в качестве источника предложено использовать шкуру

толстолобика – наиболее распространенной рыбы прудовых хозяйств

ЦЧР. Выявлены закономерности растворения коллагеновых белков

шкуры под действием химических реагентов, в результате чего

обоснованы условия получения коллагеновых дисперсий.

Идентификация состава аминокислот показала близость к аналогам

животного происхождения, отклонения обозначают особенности

физико-химических свойств. Методом электрофореза и атомно-

силовой микроскопии доказано, что для рыбных коллагенов

характерна более выраженная электрофоретическая подвижность,

молекулярная масса лежит в области 212 кДа. Коллагены рыбного

происхождения характерны выраженными ФТС. Комплекс свойств

рыбных коллагенов позволяет обосновать рациональные пути

использования в качестве пищевой добавки, съедобных покрытий и в

составе основ для косметических средств. Коллагеновые субстанции

безопасны, что доказано в опытах in vivo на теплокровных животных.

Практическая значимость Разработана технология,

отвечающая принципам рационального природопользования,

обеспечивающая получение биологически безопасной и эффективной

коллагеновой дисперсии для получения пищевых продуктов и

косметических средств.

Разработан проект технической документации на субстанцию

коллагеновую (ТУ 9283-001-02068108-2015). Проведена

промышленная апробация производства рыбных котлет в

коллагеновом пленочном покрытии в кафе «Виктория», г. Бобров

(Воронежская обл.), коллагеновой дисперсии рыбного происхождения

ООО «ЛДЦ Альдомед плюс» г. Лиски (Воронежская обл.); ИЦ

«Бирюч» (Белгородская обл.) подтвердившая положительные

результаты исследований.

Научные положения, выносимые на защиту.

• технология получения коллагеновых дисперсий;

• результаты сравнительного анализа свойств коллагенов

животного и рыбного происхождения;

• обоснование технических решений по применению

коллагеновых дисперсий в получении функциональных пищевых

продуктов и косметических средств.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Диссертационная работа соответствует 3, 5, 10 и 14 пунктам паспорта

специальности 05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и

биологических активных веществ».

6

Апробация работы Основные положения и результаты

диссертационной работы доложены и обсуждены на международных,

всероссийских научно-практических конференциях: «Научные

перспективы ХХI века. Достижения и перспективы нового столетия»

(Новосибирск, 2015), International congress industrial-academic networks

in cooperation activities for Pharmaceutical, chemical and food fields

(L`Aquila, 2014), «Продовольственная безопасность: научное, кадровое

и информационное обеспечение» (Воронеж, 2014), «Российская

аквакультура: состояние, потенциал и инновационные производства в

развитии АПК» (Воронеж, 2012), «Биология – наука ХХI века»

(Пущино, 2015), «Инновации и решения в косметической индустрии»

(Воронеж, 2015), «Инновационные разработки молодых ученых

воронежской области на службу региона» (Воронеж, 2015)

(представленная работа стала победителем), LIII отчетной научной

конференции преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ за 2014 г.

Разработка экспонировалась на 6-ой межрегиональной

специализированной выставке «Ваше здоровье» в рамках 4-го

социального форума «Здоровый мир – курс на долголетие (г. Воронеж,

2014 г.), VII выставке-фестивале моды и красоты «Идеаль»

(21-23.11.2014г.) (получена награда «За инновационный продукт

отечественного производства»)

По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том

числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ,

11 статей и тезисов докладов, подана заявка на патент РФ.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из

введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 149 наименований и 4

приложений. Основное содержание работы изложено на 159 страницах

машинописного текста, содержит 47 рисунков и 26 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы,

сформулированы цель и задачи исследования, рассмотрена научная

новизна работы, приведена практическая значимость результатов. В главе I «Обзор литературы» рассмотрены современные

представления о структуре и свойствах коллагена, источники и опыт

применения в различных отраслях экономики.

В главе II «Постановка эксперимента, объекты и методы

исследований» приведена схема исследований (рис. 1), описаны

основные объекты, исследуемые показатели и методы их определения.

Объекты исследования: шкуры прудовых рыб: сазан; щука;

толстолобик пестрый. Экспериментальные исследования проводили в

условиях кафедр технологии продуктов животного происхождения,

физической и аналитической химии Воронежского государственного

7

университета инженерных технологий; научно исследовательских

лабораторий Воронежского государственного медицинского

университета им. Н.Н. Бурденко; научно-исследовательских

лабораторий Пущинского научного центра Российской академии наук

(г. Пущино); ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской

области» (г. Воронеж); ИЦ «Бирюч» (Белгородская обл.).

Анализ химического состава исследуемых объектов в

лабораторных и производственных условиях проводили в

соответствии с действующей нормативной документацией: массовую

долю влаги по ГОСТ 9793-74; жира – рефрактометрическим методом

по ГОСТ 7636-85; золы - по ГОСТ 15113.8-77; белка - методом

Кьельдаля го ГОСТ 23327-78 с предварительной минерализацией проб.

Гистоморфологические исследования проводили по ГОСТ Р 50372.

Идентификацию коллагена определяли методом инфракрасной

спектроскопии на многофункциональном ИК-спектрофотометре

Specord М-80 (Германия) и Vertex-70 в диапазоне 4000-400 см-1

.

Оценку безвредности и биологической активности и коллагена на тест-

культуре Paramecium caudatum (Бузлама B.C. и др., 1997).

Аминокислотный состав определяли методом ионообменной

хроматографии на автоматическом аминоанализаторе ААА-881

(Чехия). Оценку морфологических отличий коллагеновых дисперсий

проводили методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) микроскоп

Интегра-Вита (NT-MTD, Россия). Оценку суммарных ароматов

проводили методом пьезокварцевого микровзвешивания на

анализаторе запахов «МАГ-8» с методологией «Электронный нос».

Аминокислотный скор и биологическую ценность пищевых продуктов

и определяли расчетным способом. Опыты, подтверждающие

безопасность in vivo проводили на базе НИЛ ВГМУ

им. Н.Н. Бурденко. Эффективность коллагена, как биологически

активного компонента косметических средств подтверждено на базе

ИЦ «Бирюч» (Белгородская обл.). Обработка экспериментальных

данных осуществлялась методами математической статистики.

8

Рисунок 1 – Схема проведения исследований

В главе III «Исследование сырья и обоснование параметров

получения коллагеновых дисперсий» Приведены результаты

изучения коллагенсодержащего сырья и подбор рациональных

параметров для получения коллагеновой дисперсии.

Для идентификации коллагеновых структур в шкурах прудовых

рыб проведен микроструктурный анализ.(рис.2)

Рисунок 2 Гистоморфологическое строение шкур рыб: а – сазан; б –

щука; в – толстолобик. 1 – коллагеновые волокна; 2 – дерма.

а

б

1

1

2 2 б в

1 1 2

9

Увеличение ×100.

Уточнили химический состав, позволяющий определить

перспективность каждого вида рыбного шкуросырья в получении

коллагеновых субстанций. (рис.3)

Рисунок 3

Химический состав

шкур пресноводных

рыб

Как видно на

рисунке 3, массовая

доля влаги в шкуре

пресноводных рыб

колеблется от 73,01 %

для сазана до 76,84 %

для толстолобика.

Массовая доля белка варьирует от 16,5 % для толстолобика до

18,59 % у щуки; жира – от 4,79 % для щуки до 7,39 % у сазана; золы, а,

следовательно, минеральных веществ, от 1,38 % для толстолобика до

1,73 % для сазана.

Данные об общем содержании белковых веществ в шкурах

использовали для определения фракционного состава белков.

Рисунок 4 Фракционный

состав шкур рыб

На диаграмме (рисунок

4) видно, что во всех случаях

превалирующей фракцией

является щелочерастворимая,

максимальное содержание

которой отмечается в шкуре

толстолобика, наименьшее – в шкуре щуки. Как известно эта группа

белков объединяет протеиноидные белки, главным образом

коллагеновые. В целом же массовая доля протеиноидной фракции

(щелочерастворимой) варьируется в пределах 84,7 - 90,73%

относительно общего содержания белков в объектах исследования.

Результаты исследования гистоморфологической

характеристики, химического и фракционного состава белков шкур

рыб говорят о возможности использования рыбного шкуросырья как

источника коллагена при условии его очистки от балластных фракций.

Отбеливание, удаление балластных белковых фракций и

разрыхление структуры соединительной ткани возможно при

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Сазан Щука Толстолобик

Массо

вая д

ол

я, %

Влага

Жир

Белок

Зола

10

использовании смеси растворов гидроксида натрия и пероксида

водорода: образцы шкур погружали в перекисно-щелочную смесь,

концентрацию гидроксида натрия и время замачивания подбирали

экспериментально, концентрацию пероксида водорода брали равной

3%, гидромодуль 1:4, а соотношение компонентов NaOH : H2O2 - 7:3,

так как в этом случае наблюдается максимальный выход целевого

вещества – 85%. Обработку проводили при температуре 2±2 ºС.

Оптимальное соотношение реагентов определяли по степени

набухания. Максимум набухания происходит при использовании

пероксидно-щелочной смеси 3:3, в течение 2 часов. В течение этого

времени, образцы поглощают порядка 40-45 % смеси от исходного

количества и отбеливаются. После пероксидно-щелочной обработки

для установления рациональных условий химической модификации

образцов шкуросырья под действием органических кислот различных

концентраций определяли максимальную степень набухания

коллагенсодержащего сырья и рационального соотношения

применяемых реагентов.

Для получения коллагена шкуры заливали растворами

органических кислот различной концентрации: молочной, уксусной,

лимонной и янтарной в концентрациях в различных концентрациях,

при гидромодуле 1:4, при температуре 2±2 ºС.

Наибольшее набухание происходит при обработке

органическими кислотами с концентрацией 0,5%. Наибольшая степень

набухаемости наблюдается в случае уксусной кислоты, в течение 72

часов. Полученные данные подтверждаются микроструктурными

исследованиями.

Для идентификации строения полученной коллагеновой

дисперсии из рыбного сырья был изучен спектр поглощения в

инфракрасной области (рисунок 5).

Обнаружены характерные полосы поглощения: 3335- 2908, 2404

- 16551611, 1502, 1493, 1211, 893, 611см-1

, что, по литературным

данным, соответствует соединениям типа (CH3,С-H) (3335-2908);

(NO2,N-C≡N)(2404-1655); (C=0,NO2)(1611); (C-C-H)(1431,1211); (893-

623)(-C-C,≡C-H), эти данные подтверждают, что полученная дисперсия

рыбного происхождения содержит коллагеновые белки.

11

Рисунок 5 - ИК-спектроскопия коллагена

Установлено, что свойства полученной рыбной дисперсии

максимально приближены к аналогу из спилка шкур КРС (табл. 1)

Таблица 1 - Сравнительные характеристики субстанций из

спилка КРС и шкуры толстолобика

Показатель

Субстанция

рыбного

происхождения

Субстанция

животного

происхождения

Подлинность Окрашивание в фиолетовый цвет

Прозрачность Прозрачный

Цветность 0,1% раствор коллагена в воде бесцветен

рН 4,8 3,2

Массовая доля сухих

веществ 1,95-2% 1,85%

Микробиологическая

чистота Категория 1.2. Б

Массовая доля

коллагена 0,92 1,75

Изучение температуры и срока хранения показало, что

оптимальным является 26 недель при 0оС.

В главе IV представлены результаты сравнительного анализа

строения и свойств коллагеновых дисперсий животного и рыбного

происхождения.

Коллагеновые субстанции различного происхождения имеют

одинаковый набор аминокислот, но характеризуются разным

содержанием отдельных аминокислот, что предполагает различия в

структуре, а, следовательно, в свойствах.

Характерной особенностью коллагеновых белков является

наличие и высокое содержание таких аминокислот, как пролин и

оксипролин. Наибольшие значения имеют именно эти аминокислоты,

12

это доказывает, что полученная дисперсия содержит коллагеновые

белки. Именно эти аминокислоты обеспечивают формирование

специфической вторичной структуры в виде трехцепочечных

спиралей.

Отсутствие триптофана и невысокое содержание

серосодержащей аминокислоты – метионина, так же свидетельствует о

наличие коллагеновых белков.

Существует мнение, что такие аминокислоты как глицин,

аланин, глутаминовая кислота, пролин, серин, аспарагиновая кислота,

тирозин могут принимать участие в синтезе коллагена. Большее

содержание этих аминокислот наблюдается в случае дисперсии

рыбного происхождения, что может говорить о его большей

эффективности.

Изучение морфологии препарата животного происхождения

соответствует общим классическим представлениям о структуре

коллагенов. А именно, ширина молекулы составляет 1-2 нм, а длинна

фибриллы более 300 нм, при этом, как правило, отдельные молекулы

закручиваются в общий жгут. Анализ морфологии препарата,

полученного из шкуры рыб, имеет ряд отличий. А именно: ширина

частиц, обнаруженных в поле, составляет 4-5 нм, однако их

морфология не гомогенна и, скорее всего, состоит из нескольких

субъединиц. Однако длина этих частиц относительно одинаковая и

составляет около 200 нм, что согласуется с данными, полученными в

условиях денатурирующего электрофореза. Таким образом, можно

сделать вывод о том, что величина молекул, формирующих фракции

препарата рыбного происхождения, имеет значительно меньшие

размеры и, вероятно, более низкие уровни организации

пространственной структуры.

Рисунок 6 - Визуализация образцов с помощью АСМ. [A] Сканы

А

В

13

препаратов, полученный из спилка шкуры КРС. 1 – Скан 50×50 нм; 2 –

Скан 4×6 нм. [B] Сканы препаратов, полученных из шкуры рыб. 1 –

Скан препарата 1,8×1,8 нм; 5 – Скан препарата 2×2 нм; 8 – Скан

препарата 3,5×3,5 нм.

В связи с особенностью рыбного сырья, а именно

специфическим запахом, проводили анализ суммарных ароматов

полученной коллагеновой дисперсии и аналога животного

происхождения. Установлено, что составы равновесных газовых фаз над

пробами близки между собой, однако интенсивность запаха (концентрация этих соединений) над образцом рыбного происхождения на 72 % больше, чем над образцом животного происхождения. Такой результат можно объяснить высокой сорбционной емкостью рыбных коллагенов, что обусловлено наличием большого количества функциональных групп, а именно свободных карбоксильных и аминогрупп, что в свою очередь связано с различиями количественного аминокислотного состава. А так же тем, что рыбная коллагеновая дисперсия содержит большое количество альдегидов, аминов, кетонов, серосодержащих соединений, то есть веществ обуславливающих специфический запах.

Коллаген является природным биополимером, имеет упрочненную структуру и подходит для получения съедобных пленок и покрытий.

Пленочное покрытие, полученное из 2% коллагеновой дисперсии, прозрачное, тонкое, не эластичное, хрупкое. Поэтому для улучшения его качества было принято решение ввести пластификатор, глицерин (Е422), как наиболее доступный, недорогой и разрешенный в большинстве стран мира. Для подбора оптимальной концентрации в коллагеновую дисперсию добавляли, в 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 % глицерина. Пленочные покрытия приемлемого качества получаются при добавлении к 2-х% коллагеновой дисперсии от 10 до 20% глицерина. Добавление 25-40% приводит к перерасходу глицерина, ухудшению механических свойств пленочных покрытий.

В V главе представлены результаты исследования функционально-технологических свойств рыбного фарша с использованием коллагеновой дисперсии взамен 5-20% основного сырья.

14

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25

массовая доля коллагеновой

дисперсии, %

ФТ

С, %

ВСС

ВУС

ЖУС

Рисунок 7 - Влияние количества коллагеновой дисперсии на

функционально-технологические свойства модельного фарша На диаграмме видно, что оптимальным количеством является

20%, так как в этом случае наблюдается максимальные значения ФТС, что является основанием для разработки конкретных технологических решений.

Таблица 2 - Органолептические и физико-химические показатели рыбных котлет "Юбилейные"

Наименование показателя

Значение показателя

«Юбилейные» традиционная

рецептура

«Юбилейные» модифицированная

рецептура

Внешний вид (форма/цвет)

Овальная/цвет панировки

Консистенция Нежная, сочная, некрошливая

Вид фарша на разрезе

Фарш равномерно перемешан

Вкус и запах Свойственные доброкачественному сырью, с ароматом лука, без посторонних привкуса и

запаха

Массовая доля, %

Влаги 58,9 61,7

Жира 17,3 18,7

Белка 12,7 14,0

Выход, % 82,2 85,0

Внесение 20% дисперсии не отразилось на органолептических показателях, повысило биологическую ценность, обеспечило удовлетворение потребности в пищевых волокнах на 10% от нормы в пересчете на 100 г готового продукта.

Так же проведено исследование рыбных полуфабрикатов в коллагеновом пленочном покрытии. Качество оценивали по физико-химическим и органолептическим показателям. (табл. 3)

15

Таблица 3 - Органолептические и физико-химические показатели рыбных полуфабрикатов в коллагеновом покрытии

Наименование показателя

Характеристика и норма

Котлеты «Юбилейные»

опыт

Котлеты «Юбилейные

контроль

Внешний вид

Круглой или овальной формы

Поверхность покрыта коллагеновой пленкой

Поверхность покрыта

панировкой

Вид на разрезе Хорошо перемешанного фарша

Вкус и запах Свойственные доброкачественному сырью с

луком и специями. Допускается слабый запах уксуса

Консистенция Жареных полуфабрикатов сочная,

некрошливая

Массовая доля, не менее %

влаги 50,1 45,5

белка 20 18

жира 11,5 12

соли, % 1 1

Для разработки рекомендаций по применению полуфабрикатов в коллагеновой оболочке проводили сравнительную оценку выхода продукта при различной термообработке (на пару, жарение, СВЧ).

Полученные данные показывают целесообразность применения в качестве покрытия коллагеновые дисперсии. При этом улучшаются органолептические показатели, возрастает биологическая ценность, и увеличивается выход продукта, что экономически целесообразно.

Были проведены технические и токсикологические исследования рыбной коллагеновой субстанции в рамках доклинических испытаний.

Токсикологические методы – изучение острой токсичность на лабораторных животных (белых крысах и белых мышах) в течение 14 суток; аллергенное и кожно-резорбтивное действие – на кроликах методом коньюктивальных проб и на морских свинках путем накожных аппликаций; эмбриотоксического и тератогенное действие изучали на беременных белых крысах, а также подострую токсичность - путем выяснения избирательного влияния вещества на функциональное состояние отдельных органов, тканей и систем, а также его способность к кумуляции. Дополнительно проведены

16

исследования хронической токсичности. На основании вышеизложенного можно заключить, что проведенными токсикологическими исследованиями не установлено отрицательного влияния коллагеновой субстанции на организм экспериментальных животных, не выявлены противопоказания к проведению дальнейших исследований и использованию.

Для того чтобы использовать полученные рыбные коллагеновые белки, как активный компонент косметических средств было необходимо провести проверку на соответствие ТР ТС 009/2011 «О безопасности парфюмерно-косметической продукции». Полученная коллагеновая дисперсия отвечает этим требованиям и может использоваться в косметических средствах без ограничений.

На базе ИЦ «Бирюч» (Белгородская обл.) были проведены исследования потребительских свойств коллагеновой дисперсии рыбного происхождения, а так же косметических средств: без коллагена, с коммерческим коллагеном (животного происхождения, фирмы «CRODA») с коллагеном рыбного происхождения.

Исходя из данных, полученных в результате компаративного исследования средств для волос и средств для кожи без содержания коллагена, с содержанием коммерческого коллагена и с содержанием коллагеновой дисперсии, следует, что средства с содержанием коллагеновой дисперсии проявляют свойства на уровне коммерческого аналога.

Показатели, полученные аппаратными методами исследования после использования средств для волос с рыбной коллагеновой дисперсией находятся в пределах нормы. По субъективным оценкам пробантов действие средств с рыбным коллагеном сравнимо с действием коммерческого аналога. Согласно мнению респондентов, средства с рыбной коллагеновой дисперсией проявляют достаточно высокую смываемость, не вызывают эффекта утяжеления и жирности волос.

Исследование потребительских свойств средств для кожи с глицерином, с коммерческим коллагеном, а также с рыбным коллагеном, показало, что крем с рыбной коллагеновой дисперсией продемонстрировал результаты на уровне коммерческого аналога, а в рамках субъективной оценки состояния кожи до и после использования — превзошел коммерческий аналог.

Анализ действия коллагеновой дисперсии, без каких-либо добавок позволяет сделать вывод, что после использования в течение двух недель уровень увлажненности кожи рук увеличился на 21% (степень увлажненности увеличилась у 9 из 10 пробантов), а степень покраснения и шелушения кожных покровов снизилась в среднем на 5% у большей части пробантов.

17

Испытания на людях-добровольцах с нормальной здоровой кожей продемонстрировали отсутствие отрицательного воздействия исследуемого продукта на кожу респондентов.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ 1. Патентно-информационный поиск показал целесообразность

поиска новых источников коллагеновых белков. Наиболее

перспективным отходом рыбоперерабатывающей промышленности

для получения коллагена является шкура рыб, так как ее выход

составляет 4%.

2. Шкура толстолобика содержит 16,5% белка, большая часть

которого относится к щелочерастворимым, имеет рыхлую структуру

соединительной ткани и содержит 83% коллагена, это говорит о том,

что данный вид сырья можно рекомендовать для получения коллагена.

3. На основании анализа закономерностей влияния химических

реагентов на растворимость коллагенов шкуры. Применение

пероксидно-щелочной смеси и уксусной кислоты в установленных

режимах и условиях позволяет получить коллагеновую дисперсию

обладающую характеристиками: прозрачная желеобразная субстанция,

рН 4,8, массовая доля сухих веществ 1,95-2%, массовая доля коллагена

0,92.

4. Применение метода ИК-спектроскопии позволило доказать,

что полученная дисперсия состоит преимущественно из коллагеновых

белков. Установлена оптимальная температура 0оС и срок хранения

дисперсии 26 недель.

5. В составе аминокислот белков отсутствует триптофан, пролин

и оксипролин превалируют, что является структурным признаком

коллагеновых белков и доказывает эффективности рыбного коллагена.

Электрофоретическая подвижность свидетельствует о наличие в

белках рыбной дисперсии α2, α1, β цепей, с третичной структурой.

Методом АСМ установлены морфологические отличия коллагенов

животного и рыбного происхождения. Анализ суммарных ароматов

показал идентичность состава РГФ, но интенсивность запаха рыбного

коллагена на 72% выше. Установлено, что рыбные коллагеновые

дисперсии структурируются при нанесении на пластиковую

поверхность, при температуре 20оС, с принудительной циркуляцией

воздуха. При внесении 10 % пластификатора образуются пленки

высокого качества, применимые для покрытия пищевых продуктов.

6. Полученная рыбная дисперсия относится к 4 классу опасности

(безопасна) и соответствует ТР ТС 009/2011 «О безопасности

парфюмерно-косметической продукции».

7. Использование коллагеновой дисперсии в качестве замены

20% основного сырья, обеспечивает улучшение ФТС. Коллагеновые

18

пленочные покрытия увеличивают выход готового продукта.

Косметические средства с применением полученного коллагена

обладают биологически активным действием и на основании оценки

потребительских свойств и в аппаратном опыте продукта показали

отсутствие отрицательного воздействия, при улучшении состояния

кожи и волос.

8. Разработан и утвержден проект ТУ 9283-001-02068108-2015

Субстанция коллагеновая. Проведена апробация рыбных котлет в

коллагеновом пленочном покрытии в кафе «Виктория», г. Бобров и

коллагеновой дисперсии рыбного происхождения ООО «ЛДЦ

Альдомед плюс» г. Лиски. Получение коллагена из рыбного сырья

снижает себестоимость на 960,6 тыс. р., рентабельность продукции

выше на 15,9 %.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО

ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в журналах из перечня ВАК Минобрнауки РФ

1. Антипова, Л.В. Получение, идентификация и сравнительный анализ рыбных коллагенов с аналогом животного происхождения [Текст] / Л.В. Антипова, С.А. Сторублевцев, С.Б. Болгова, И.В. Сухов // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 8, ч.1. – с. 9-13. – 0,31 п.л. (лично соискателем 0,08 п.л.);

2. Антипова, Л.В. Создание коллагеновых продуктов из рыбного сырья [Текст] / Л.В. Антипова, С.А. Сторублевцев, С.Б. Болгова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2015. – № 1. – с. 130-133. - 0,25 п.л. (лично соискателем 0,08 п.л.).

Статьи и материалы конференций 1. Сторублевцев С.А. Создание отечественного производства

натуральных косметических средств из рыб внутренних водоемов [Текст] / С.А. Сторублевцев, С.Б. Болгова // Сборник докладов Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Инновационные разработки молодых ученых воронежской области на службу региона». – Воронеж, 2015. – с.7-8. 0,125 п.л. (лично соискателем 0,07п.л.)

2. Болгова С.Б. Перспектива применения рыбного коллагена в косметической и фармацевтической промышленности [Текст] / С.Б. Болгова, Л.В. Антипова, А.В. Гребенщиков // ХII Международная научно-практическая конференция: «Научные перспективы ХХI века. Достижения и перспективы нового столетия» 10-11.07.2015, Новосибирск – Россия, с. 128-131. – 0,25 п.л. (лично соискателем 0,1 п.л.);

3. Антипова Л.В. Рыбные коллагены: источники, свойства и

19

применение [Текст] / Л.В. Антипова, С.А. Сторублевцев, С.Б. Болгова, И.Ю. Жданова, К.В. Майорова // Сырье и упаковка для парфюмерии, косметики и бытовой химии. – 2015. – №7 (169) - с.15-17. – 0,19 п.л. (лично соискателем 0,09 п.л.);

4. Antipova L.V. Prospects of obtaining and applying wound healing materials based on fish collagen [Текст] / L.V. Antipova, S.A. Storublevtsev, S.B. Bolgova, L.V. Kozhanova // International congress industrial-academic networks in cooperation activities for Pharmaceutical, chemical and food fields 17-18 September 2014, L`Aquila, Monteluco di Roio – Italy, p. 116-120. – 0,31 п.л. (лично соискателем 0,08 п.л.)

5. Антипова Л.В. Сравнительный анализ аминокислотного состава коллагеновых субстанций рыбного и животного происхождения [Текст] / Л.В. Антипова, С.Б. Болгова // Материалы Международной научно-технической конференции «Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение». – Воронеж, 2014 г. – с. 59-61. – 0,19 п.л. (лично соискателем 0,1 п.л.)

6. Антипова Л.В. Оценка молекулярно-массового распределения белковых фракций коллагеновых субстанций рыбного и животного происхождения [Текст] / Л.В. Антипова, С.Б. Болгова // Материалы Международной научно-технической конференции «Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение». – Воронеж, 2014 г. – с. 56-59. – 0,25 п.л. (лично соискателем 0,15 п.л.)

7. Ибрагимова З.Р. Кожа прудовых рыб – органический носитель йода в технологии рыбных продуктов [Текст] / З.Р. Ибрагимова, Ф.С. Базрова, С.Б. Болгова // Материалы международной научно-практической конференции «Российская аквакультура: состояние, потенциал и инновационные производства в развитии АПК». – Воронеж, 2012г. – с. 168-169. – 0,125 п.л. (лично соискателем 0,04 п.л.)

8. Антипова Л.В. Коллаген рыбного происхождения: свойства и перспективы применения в косметологии и медицине [Текст] / Л.В. Антипова, С.Б. Болгова // Материалы 19-ой Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология – наука ХХI века». – Пущино, 2015г. – с.5. – 0,06 п.л. (лично соискателем 0,04 п.л.)

9. Болгова С.Б. Идентификация коллагенов на основании электронно-микроскопического анализа [Текст] / С.Б. Болгова, Л.В. Антипова // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – №3 - с.249-250. – 0,125 п.л. (лично соискателем 0,09 п.л.);

10. Антипова Л.В. Новые белковые источники для косметических средств по уходу за кожей и волосами [Текст] / Л.В.

20

Антипова, С.А. Сторублевцев, С.Б. Болгова, О.Г. Стукало // Материалы II конференции «Инновации и решения в косметической индустрии». – Воронеж, 2015г. – с.28. – 0,06 п.л. (лично соискателем 0,03 п.л.)

11. Антипова Л.В. Применении коллагеновых субстанций в отраслях экономики [Текст] / Л.В. Антипова, С.А. Сторублевцев, С.Б. Болгова, И.В. Сухов, К.В. Матасова, И.Ю. Жданова, К.В. Майорова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 10, ч.4. – с. 601-604. – 0,25 п.л. (лично соискателем 0,1 п.л.).

Подписано в печать 26.10.2015 . Формат 60 84 1/16.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ . ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет

инженерных технологий» (ФГБОУ ВО ВГУИТ) Отдел полиграфии ФГБОУ ВО ВГУИТ

Адрес университета и отдела оперативной полиграфии 394036, Воронеж, пр. Революции, 19