Научное обоснование комплексной переработки вторичного сырья рыбной промышленности: состав, свойства и инновационные технологии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.04, доктор наук Соколов Александр Викторович

• Соколов Александр Викторович
• доктор наук
• 2021

Оглавление диссертации доктор наук Соколов Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Анализ сырьевой базы рыбохозяйственного комплекса

1.2 Современное состояние рынка кормопродуктов для аквакультуры

1.3 Отечественный и зарубежный опыт использования белоксодержащих вторичных рыбных ресурсов в различных отраслях АПК

1.4 Вторичное сырье икорного производства как объект для получения биологически активных добавок

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Организация и проблемно - целевая схема исследований

2.2 Характеристика объектов исследований

2.3 Общие методы исследований

2.4 Специальные методы исследований

2.5 Математическое планирование и статистическая обработка результатов эксперимента

ГЛАВА 3. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ И ОТХОДОВ РЫБНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

3.1 Массометрические характеристики (разделка, массовый выход)

3.2 Анализ химических компонентов вторичных продуктов разделки рыб

3.3 Оценка сбалансированности аминокислот в продуктах разделки рыб

3.4 Оценка биотехнологического потенциала икорного джуса лососевых рыб как объекта в получении белково-витаминной добавки (БВД)

3.5 Рекомендации по дифференциации и рациональному

использованию вторичных продуктов разделки рыб

ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ БИОХИМИЧЕСКОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТОЛИЗАТОВ ИЗ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ РЫБНОГО СЫРЬЯ И ОЦЕНКА ИХ СВОЙСТВ

4.1 Исследование условий и определение технологических параметров и режимов ферментного гидролиза

4.2 Идентификация состава функциональных групп на основе ИК-спектроскопии

4.3 Электрофоретический анализ молекулярно-массового распределения молекул

4.4 Исследование физико-химических и микробиологических свойств

4.5 Оценка биологической ценности

4.6 Оценка аллергенности на несенсибилизированных животных

ГЛАВА 5. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ БЕЛКОВОГО ФЕРМЕНТОЛИЗАТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ МАССОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ

5.1 Обоснование условий и технологических параметров процесса сушки икорного джуса с целью получения белково-витаминной добавки

5.2 Исследование физико-химических показателей и технологических свойств белково-витаминной добавки

5.3 Оптимизация компонентного состава белково-витаминной добавки

5.4 Исследование условий внесения белково-витаминной добавки в рецептуру соуса «Цезарь»

5.5 Разработка и обоснование технологии получения майонезного соуса с использованием белково-витаминной добавки

5.6 Особенности ароматов и прогнозирование качества майонезного соуса

5.7 Подбор и влияние дозировки белково-витаминной добавки

на цветовые характеристики майонезного соуса

5.8 Сравнительный анализ рецептурных решений майонезных соусов по принципу сбалансированности микронутриентов

5.9 Определение перевариваемости майонезного соуса в опытах «in vitro» и оценка его безопасности

5.10 Технология производства рыбных формованных полуфабрикатов

5.11 Технология производства пастообразных продуктов

5.12 Технология производства рыбных масел

5.13 Расчет биологической ценности и оценка качества новых рыбопродуктов

ГЛАВА 6. ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ, ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВ ДЛЯ АКВАКУЛЬТУРЫ

6.1 Разработка технологии кормовой добавки и исследование ее свойств

6.2 Разработка технологии и обоснование технологических режимов получения продукционного корма для радужной форели

6.3 Физико-химические и структурно-механические свойства корма

6.4 Исследование продукционного корма «ФишФуд» с целью оценки эффективности при кормлении радужной форели

ГЛАВА 7. СОЗДАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРА БЕЛКОВОЙ ПРИРОДЫ

7.1 Обоснование подбора технологических параметров и режимов получения рыбного клея из кости и костного остатка рыб

7.2 Анализ молекулярно-массового распределения продуктов термического гидролиза методом электрофореза

7.3 Моделирование и оптимизация режимов сушки деминерализованных кости и костного остатка рыб

7.4 Технология получения рыбного клея из кости и костного остатка рыб и исследование его физико-химических свойств

7.5 Изучение аллергизирующих свойств рыбных клеев на несенсибилизированных животных

7.6 Новые технологические решения в производстве полимерно-цементных смесей и растворов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Том

Приложение А Акты производственных испытаний

Приложение Б Акты внедрения результатов работы в учебный процесс

Приложение В Техническая документация (ТУ и ТИ к ним, СТО)

Приложение Г Практические рекомендации «Продукционный корм «ФишФуд» для радужной форели в установках замкнутого

водоснабжения (УЗВ)»

Приложение Д Акт опытно-промышленной апробации

Приложение Е Протоколы лабораторных испытаний

Приложение Ж Ветеринарные свидетельства

Приложение З Справки о социально-экономическом эффекте

Приложение И Патенты и свидетельства о государственной

регистрации программ для ЭВМ

Приложение К Программа для моделирования сушки продуктов из

рыбы с дополнительным СВЧ-нагревом

Приложение Л Математическая модель процесса ферментного гидролиза вторичных продуктов разделки горбуши и толстолобика на

основе регрессионного анализа

Приложение М Основные технико-экономические показатели разработанных технологий

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научное обоснование комплексной переработки вторичного сырья рыбной промышленности: состав, свойства и инновационные технологии»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Стратегической целью развития рыбохозяйственного комплекса (РХК) страны на период до 2030 года является обеспечение национальной продовольственной безопасности, развитие человеческого капитала, увеличение совокупного вклада в валовый внутренний продукт (ВВП) РФ, сохранение лидирующих позиций на мировых рынках при условии минимизации негативного воздействия на окружающую среду [276].

Достижение поставленной цели требует перехода к инновационному пути развития. В этих условиях каждый хозяйствующий субъект должен быть заинтересован в обеспечении соответствующего уровня инновационной активности и росте конкурентоспособности (Зарецкая, 2019).

Анализ основных параметров рыбного рынка за последние четыре года показал, что наблюдается ежегодное увеличение объема улова рыбы и добычи других водных биоресурсов в России в среднем на 4,2 %. При этом прирост объемов производства обеспечен, главным образом, за счет увеличения объемов производства товарной рыбы и гидробионтов, что в свою очередь приведет к увеличению сырьевых ресурсов для рыбоперерабатывающих предприятий, а, следовательно, расширению ассортимента и увеличению объемов готовой рыбной продукции, что и соответствует основным целям и задачам государства.

Как известно, рост рыбопереработки сопровождается увеличением количества образующихся вторичных продуктов разделки и отходов, масса которых может достигать 70 % массы рыбы, подвергающейся промышленной переработке. Примером этого служит проведенный нами анализ работы некоторых предприятий региона, который показал, что из общего объема вылова горбуши и выращивания толстолобика в 2019 году на первичную переработку было направлено 85 и 70 % рыбы соответственно, при этом было получено 39 и 52 % практически не востребованных

вторичных продуктов разделки.

О масштабе проблемы говорит и тот факт, что около 30 млн.т. общего мирового вылова теряется в виде отходов при производстве рыбной продукции (Андриянова, 2011). При этом переработка вторичных сырьевых ресурсов, — процесс, неразрывно связанный с технологией, поэтому эту проблему необходимо решать комплексно, после всестороннего изучения конкретного производства.

Следует отметить, что до сих пор во всем мире рыбная промышленность направлена на производство пищевых продуктов, рыбной муки и жира, не заботясь об эффективности и безвредности использования вторичных продуктов разделки. Но именно их использование тесно связано с обеспечением рыбным белком физиологических норм питания человека, природоохранными мероприятиями, необходимостью улучшения экологического состояния производств, их эффективностью, сохранением и наращиванием объемов производства отрасли, расширением ассортимента продуктов (Волков, 2018).

Заслуживает внимание и тот факт, что что при выпуске рыбной продукции, предусматривающем наиболее рациональное использование гидробионтов и продуктов их разделки, необходимо не только внедрение новых технологических схем производства и высокотехнологичного оборудования, но и соблюдение правил транспортировки, хранения, приготовления пищевых рыбных продуктов и т.д. Поэтому в задачу рыбной промышленности входит не только получение высококачественного сырья и рыбных продуктов, но и сохранение их без потерь.

Однако, анализ литературных источников показал [2, 5, 13, 14, 21, 27, 36, 64, 125, 276], что в настоящее время нет обобщенного информационного банка химического состава и свойств вторичных продуктов разделки гидробионтов, отсутствует точность оценки ресурсной базы, научное обоснование и методология переработки вторичных продуктов разделки рыб с организацией и соблюдением технологических и санитарно-ветеринарных

правил. При современном депрессивном состоянии сырьевой базы это возможно путем освоения и разработки новых технологических процессов и технических средств комплексной переработки гидробионтов и вторичного сырья с целью получения на их основе широкого ассортимента продуктов пищевого, кормового, технического, медицинского назначения и биологически активных добавок без экономического и экологического ущерба для отрасли, что и обосновывает перспективность и целесообразность темы научного исследования.

Дополнительно особую актуальность темы диссертационного исследования подчеркивают основные приоритеты и цели государственной политики в рыбохозяйственном комплексе РФ, которые сформулированы в следующих документах: Стратегия развития рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 26 ноября 2019 г. № 2798-р; Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации, утвержденная Указом Президента Российской Федерации от 21 января 2020 г. № 20; Стратегия развития морской деятельности Российской Федерации до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 30 августа 2019 г. № 1930-р; Государственная программа РФ «Развитие рыбохозяйственного комплекса» (с изменениями до 2024 г.), утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 27 марта 2019 г. № 324, которые нашли отражение в Федеральных программах государства и получили положительные отзывы в виде реализации подпрограмм на региональных уровнях.

Степень разработанности темы исследования. Значительный вклад в разработку научных и практических основ производства продуктов пищевого, кормового и технического назначения на основе ВПР рыб внесли: Абрамова Л.С., Албулов А.И., Антипова Л.В, Байдалинова Л.С., Гроховский В.А., Дворянинова О.П., Долганова Н.В., Иванова Е.Е., Касьянов Г.И., Мезенова О.Я., Мукатова М.Д., Харенко Е.Н., Цибизова М.Е., Якубова О.С.,

Abbas G., Brander K.M., Crean P.B., Nickerson J. T. R., Stauffer Jay R и др.

Обобщение имеющейся информации позволяет судить о том, что в их исследованиях достигнуты значительные успехи в области производства рыбной продукции глубокой степени переработки, обоснованы основные принципы переработки вторичного рыбного сырья на пищевые, кормовые и технические цели, предложены, в основном, технологии переработки с использованием щелочного и кислотного гидролиза, что требует использования концентрированных реагентов и повышает опасность производства. Более того, в работах известных ученых отсутствует информация о биотехнологическом потенциале продуктов разделки рыб, как объекте для промышленного производства продуктов широкого потребительского спроса и требует более глубоких знаний.

В связи с этим перспективным способом комплексной переработки гидробионтов для получения из них качественного пищевого белка (растущая в нем потребность известна во всем мире) является биохимический метод выделения из ВПР рыб пептидов с последующей идентификацией состава и строения функциональных групп ферментолизатов на основе ИК-спектроскопии и электрофоретическим анализом молекулярно-массового распределения продуктов гидролиза, как основы для создания и развития инфраструктуры рыбоперерабатывающих производств.

Не менее важным является разработка комплекса инновационных технологических решений по организации выпуска пищевой, кормовой и технической продукции на основе безотходной переработки вторичных рыбных ресурсов, что послужит реальным путем ликвидации дефицита полноценных белков, эссенциальных макро- и микронутриентов, а также позволит гармонизировать корзину рыбопродуктов на рынке путем снижения себестоимости готовой продукции.

Не смотря на все вышесказанное, до сих пор остается ряд нерешенных задач в рыбной промышленности:

- обеспечение потребления населением страны водных биоресурсов и продуктов их переработки в объеме, необходимом для обеспечения сбалансированного питания;

- увеличение производства и развитие внутреннего потребления отечественной рыбной продукции из водных биологических ресурсов с максимизацией добавленной стоимости благодаря полной переработке вторичных продуктов разделки и отходов.

Решению обозначенных выше задач и посвящена данная работа, которая отвечает поставленным руководством страны задачам и реализована в рамках госбюджетной НИР кафедры управления качеством и технологии водных биоресурсов ФГБОУ ВО ВГУИТ «Методы и средства повышения качества и конкурентоспособности продукции и услуг на базе внедрения инновационных технологических решений».

Таким образом, для достижения целей и критериев, определенных Доктриной продовольственной безопасности РФ, Прогнозом долгосрочного социально - экономического развития РФ на период до 2030 года (разработан Минэкономразвития России) и Основными направлениями деятельности Госсовета по вопросам развития РХК, дальнейшее функционирование рыбной отрасли будет основываться на обеспечении продовольственной безопасности Российской Федерации в части потребления населением страны водных биоресурсов и продуктов их переработки в объеме, необходимом для обеспечения сбалансированного питания и укрепление экономики страны.

Цель исследований - научное обоснование и разработка инновационных технологических решений по организации выпуска пищевой, кормовой и технической продукции на основе комплексной переработки вторичных продуктов разделки рыб, обеспечивающих повышение безопасности, качества, конкурентоспособности новых товаров и экономическую эффективность производства.

Для реализации поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать современное состояние сырьевой базы и определить направления применения инновационного потенциала для создания технологий и продуктов пищевого, кормового и технического назначения на основе вторичного сырья рыбной промышленности.

2. Исследовать массометрические характеристики, провести анализ химических компонентов побочных продуктов и малоценных отходов разделки наиболее распространенных морских и пресноводных рыб; оценить возможность использования икорного джуса как объекта в получении белково-витаминной добавки (БВД).

3. Исследовать качество и оценить безопасность вторичных продуктов разделки рыб (ВПР), определить их пищевую и биологическую ценность; разработать рекомендации по рациональному использованию вторичного рыбного сырья в различных секторах экономики.

4. Научно обосновать биохимический способ выделения пептидов из ВПР рыб; определить протеолитическую активность и оптимальные дозировки ферментного препарата.

5. Идентифицировать состав функциональных групп ферментолизатов на основе ИК-спектроскопии с последующим электрофоретическим анализом молекулярно-массового распределения продуктов гидролиза.

6. Исследовать аллергизирующие свойства ферментолизатов на несенсибилизированных животных в опытах in vivo.

7. Подобрать способ сушки ферментолизатов и разработать рекомендации по их применению в производстве продуктов питания широкого потребительского спроса.

8. Обосновать условия, параметры и режимы производства кормовых добавок и кормов для аквакультуры на основе ВПР рыб; исследовать их свойства и провести оценку эффективности разработанного корма при выращивании рыб в условиях установки замкнутого водоснабжения (УЗВ).

9. Обосновать и разработать перспективные направления применения биотехнологического потенциала ВПР рыб в инновационных технологиях

композиционных материалов на основе природных компонентов белковой природы.

10. Провести моделирование и оптимизацию параметров сушки рыбной кости и костного остатка с дополнительным СВЧ-нагревом.

11 . Разработать техническую документацию на ассортиментную линейку инновационных продуктов, провести их опытно-производственную апробацию и рассчитать технико-экономические показатели эффективности.

12. Практически реализовать результаты научных исследований в производственных условиях, учебном и научном процессах.

Научная концепция исследования заключается в обосновании и разработке научных и практических основ создания инновационных технологий производства биологически безопасных продуктов пищевого, кормового и технического назначения с использованием современных принципов глубокой переработки вторичного сырья рыб морского и аквакультурного происхождения.

Научная новизна. В результате научных исследований проанализированы эссенциальные макро- и микронутриенты, проведена оценка пищевой и биологической ценности ВПР рыб.

Выявлен биопотенциал ВПР рыб для создания на их основе разнообразного ассортиментного спектра продуктов широкого потребительского спроса.

Впервые научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования биопотенциала икорного джуса в качестве источника белково-витаминной добавки.

Обоснован выбор и изучены изменения физико-химических показателей шкурки, чешуи и плавников рыб под действием ферментного препарата «Коллагеназа».

Обоснованы условия получения ферментолизатов из ВПР рыб и исследованы их состав и свойства. Доказано, что в полученных ферментолизатах белковые зоны представлены в основном низкомолекулярными легкоусвояемыми белками, использование которых в

технологиях пищевых продуктов придает им функциональную направленность за счет обогащения полноценным и легкоусвояемым белком.

Методом ИК-спектроскопии идентифицированы состав и строение функциональных групп ферментолизатов, проведен электрофоретический анализ молекулярно-массового распределения продуктов гидролиза.

В эксперименте in vivo по изучению аллергизирующих свойств на лабораторных животных доказано, что образцы ферментолизатов не оказывают сенсибилизирующего действия на организм животных.

Путем моделирования ингредиентного состава обоснованы новые и совершенствованы имеющиеся рецептурные композиции пищевых продуктов массового потребительского спроса с заданным соотношением эссенциальных веществ.

Обоснованы условия получения полимеров белковой природы из ВПР рыб и исследованы их свойства. Доказано, что в полученных полимерах присутствует азотистое клейдающее вещество - глютин, которое влияет на адгезионные свойства цементно-полимерной смеси.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость диссертационной работы заключается в решение актуальной задачи комплексной переработки вторичных продуктов разделки рыб (горбуша, толстолобик) с получением широкого ассортимента продуктов пищевого, кормового и технического назначения, получении новых эмпирических данных для развития темы исследований.

Полученные зависимости и закономерности позволили сформировать новые знания, используемые в учебном процессе при реализации дисциплин для подготовки бакалавров и магистров по направлению 19.03.03 и 19.04.03 (Продукты питания животного происхождения), 35.03.08 (Водные биоресурсы и акваульутра) при выполнении обучающимися курсовых работ (проектов), выпускных квалификационных работ, при проведении занятий в качестве мультимедийного сопровождения лекционных курсов, а также при написании учебников и специальной литературы, имеющих отраслевое значение.

Сформирована база данных о химическом составе, пищевой и биологической ценности ВПР рыб (горбуша, толстолобик).

Разработаны технологии максимального использования продуктов разделки морских и аквакультурных рыб в качестве основного сырья при производстве корма для радужной форели, введение которого в рацион кормления оказывает положительное влияние на физиологическое состояние и показатели химического состава тела рыб.

Разработаны и утверждены в установленном порядке 8 пакетов технической документации на новые виды продуктов: «Белковые ферментолизаты для пищевой промышленности» - ТУ 10.89.19 - 003 -03732134 - 2019 и ТИ к ним; «Белково-витаминная добавка» - ТУ 10.89.19 -004 - 03732134 - 2019 и ТИ к ним; «Риеты рыбные» - ТУ 10.20.13 - 002 -03732134 - 2019 и ТИ к ним; «Рыбные полуфабрикаты рубленые замороженные» - ТУ 10.20.13 - 001 - 03732134 - 2019 и ТИ к ним; «Масло рыбное и икорное» - ТУ 10.20.13 - 003 - 15959079 - 2019 и ТИ к ним; «Майонезный соус «Цезарь» с белково-витаминной добавкой» - ТУ10.20.26 -004 - 15959079 - 2019 и ТИ к ним; «Рыбный клей из костей промысловых рыб «Биоклей» - СТО 03732134 - 002 - 2019; «Продукционный корм «ФишФуд» для радужной форели» - СТО 0203215435 - 001 - 2019.

Разработаны практические рекомендации «Продукционный корм «ФишФуд» для радужной форели для установок замкнутого водоснабжения (УЗВ)».

Разработанные пищевые технологии успешно прошли производственные испытания в условиях рыбоперерабатывающих предприятий: ООО «Воронеж Рыбпром» (г. Воронеж); ООО «Прайм рыба» (г. Воронеж). Производственные испытания технологии производства корма успешно проведены в условиях ИП Глава КФХ Журавлев Ю.А. (п.г.т. Каменка, Воронежской области). Эффективность корма апробирована на радужной форели в условиях инновационно-технологического центра «Аквабиоресурс» ФГБОУ ВО «ВГУИТ» (г. Воронеж).

Полимерно-цементная смесь апробирована в условиях ООО «Твой Дизайн» (г. Воронеж).

Разработанные технологии «Белковые ферментолизаты для пищевой промышленности», «Белково-витаминная добавка», «Рыбные полуфабрикаты рубленые замороженные», «Масло рыбное и икорное», «Майонезный соус «Цезарь» с белково-витаминной добавкой», «Риеты рыбные» прошли опытно-промышленную апробацию в условиях

ООО «Воронеж Рыбпром» (г. Воронеж).

Проведена оценка технико-экономической эффективности разработанных инновационных продуктов.

Новизна технических решений подтверждена 6 патентами РФ на изобретения (№ 2621991, № 2676312, № 2703158, № 2711792, № 2711801, № 2711915) и 1 свидетельством о государственной регистрации программ для ЭВМ (№ 2019664445).

Методология и методы исследований. Исследования проводили согласно методологии, основой которой является комплекс методов познания: теоретических, эмпирических, практических, базирующихся на естественно-научных закономерностях. В работе применяли общепринятые и специальные современные физические, химические, биохимические, микробиологические и органолептические методы анализа сырья, полуфабрикатов и готовых изделий.

Научные положения, выносимые на защиту:

- принципы комплексной переработки ВПР рыб в обеспечении качества и безопасности продуктов пищевого, кормового и технического назначения;

- сравнительный анализ ВПР морских и пресноводных рыб на основе физико-химических показателей и данных о пищевой, кормовой и биологической ценности для получения на их основе продуктов широкого потребительского спроса;

- новые явления молекулярно-массового распределения продуктов гидролиза белковых фракций ферментолизатов с последующей идентификацией состава их функциональных групп;

- результаты моделирования и оптимизации параметров сушки ВПР, определение характеристик и принципов выбора рациональных режимов технологических процессов, способствующих снижению удельных энергетических затрат, повышению производительности и качества разработанных продуктов;

- концептуальный подход к решению проблемы создания инновационных технологий пищевых, кормовых и технических продуктов, базирующихся на новых знаниях о свойства и способах выделения белка, методах комплексной переработки ВПР рыб, оценки качества и безопасности готовой продукции.

Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационное исследование соответствует п. 1, 2, 4, 8 паспорта специальности 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств».

Степень достоверности и апробация результатов работы.

Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается глубокой проработкой литературных источников по теме диссертации, постановкой экспериментов, применением современных инструментальных методов анализа, математической обработкой результатов экспериментов, публикацией основных положений диссертации.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на ежегодных отчетных научных конференциях Воронежского государственного университета инженерных технологий; международных и всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: «Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение» (Воронеж, 2014, 2015, 2016, 2018, 2019); «Промышленно-академическое сотрудничество в фармацевтической, химической и пищевой отраслях» (Монтелуко ди Ройо, Аквила, Италия, 2014); «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений» (Воронеж, 2014, 2015); «Инновационные пищевые

технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты» (Анапа, 2015, 2016); «Продовольственная безопасность и импортозамещение в условиях современного социально-экономического развития России» (Москва, 2015); «Современные концепции научных исследований» (Москва, 2015); «Современные тенденции развития науки и технологий» (Белгород, 2015); «Стандартизация, управление качеством и обеспечение информационной безопасности в перерабатывающих отраслях АПК и машиностроении» (Воронеж, 2015); «Актуальные проблемы химии, биологии и биотехнологии» (Владикавказ, 2016); «Современные достижения биотехнологии. Новации пищевой и перерабатывающей промышленности» (Ставрополь, 2016); «Управление качеством в образовании и промышленности» (Севастополь, 2017, 2018); «Пищевая и морская биотехнология» (Калининград, 2016, 2017); «Фундаментальные и прикладные науки сегодня» (North Charleston, USA, 2017); «Системный анализ и моделирование процессов управления качеством в инновационном развитии АПК» (Воронеж, 2015, 2016, 2017); «Инновационное предпринимательство: социально-экономические и маркетинговые аспекты» (Воронеж, 2017); «Современные проблемы науки и образования» (Саратов, 2018, 2019); «Качество в производственных и социально-экономических системах» (Курск, 2018); «Биотехнология: наука и практика» (Севастополь, 2019); «Scientific research of the SCO countries: synergy and integration» (Beijing, China, 2020); «Новые информационные технологии и системы в решении задач инновационного развития» (Магнитогорск, 2020); «Инновационные технологии - 2020» (Таганрог, 2020); «Наука России: Цели и задачи» (Екатеринбург, 2020).

Результаты научных разработок отмечены дипломами, золотыми медалями и сертификатами за участие в выставках и конференциях различного уровня.

Личное участие автора. Диссертационная работа является обобщением научных исследований, проведенных в 2013-2020 гг. лично

автором и при его непосредственном участии в качестве руководителя или ответственного исполнителя госбюджетных научно-исследовательских работ и прикладных научных исследований и экспериментальных разработок.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 100 научных трудов, в том числе 2 учебных пособия (в соавторстве), 2 монографии (в соавторстве), 4 статьи в международных базах WoS и Scopus, 28 статей в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК, 6 статей - в иностранных изданиях, 49 статей в журналах и по материалам докладов на всероссийских и международных конференциях (2014-2020 г.г).

Структура и объем работы. Основной текст диссертации изложен на 424 с., включающих: введение, 7 глав экспериментального и аналитического материала, заключение, список литературы из 407 наименований, в том числе 91 иностранных авторов. Приведено 98 таблиц и 134 рисунка. Приложения к диссертации представлены на 228 страницах.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Анализ сырьевой базы рыбохозяйственного комплекса

Россия обладает огромными запасами водных биологических ресурсов, которые являются общенациональным достоянием страны и должны быть направлены на обеспечение социально-экономической поддержки населения, а также вносить вклад в укрепление лидерских позиций страны на международной арене [40, 45, 273, 358].

Уникальность продуктов из рыбы заключается в уникальном содержании необходимо важных для человека нутриентов, которые не встречаются в таком количестве и разнообразии ни каких других продуктах, а также занимают лидирующие позиции в обеспечении сбалансированного питания и здоровой диеты [62, 273].

В соответствии со стратегией развития рыбохозяйственного комплекса (РХК) Российской Федерации на период до 2030 года (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 26 ноября 2019 г. № 2798-р), а также Доктриной продовольственной безопасности Российской Федерации (указ Президента РФ от 21.01.2020 № 20) и иными стратегическими документами одной из важнейших задач рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации является укрепление продовольственной безопасности нашей страны и обеспечение ее населения высококачественной, доступной отечественной рыбной продукцией [65, 119, 360].

Рыбное хозяйство относится к секторам экономики, имеющим большое значение для обеспечения социальной стабильности в прибрежных субъектах Российской Федерации, где предприятия отрасли являются градо- и поселкообразующими, определяя социальную политику значительной части населения данных субъектов [90, 119, 322, 329, 365, 371].

Основные показатели и объемы финансирования этапов, а также сроки мероприятий, обозначенные до 2024 года отражены в Государственной программе «Развитие рыбохозяйственного комплекса» утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2014 г. № 314. В данной программе также установлены основные цели, задачи, а также основные перспективные направления развития рыбохозяйственного комплекса и т.д. [119].

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Соколов Александр Викторович, 2021 год

- —

tí /

0 20 40 60 S0 100 120 140 160 1S0 200 220

т, мин

-PC № 1 -РС № 2

Рисунок 6.5 - Кинетика конвективной сушки исследуемых рыбных смесей

Скорость сушки напрямую зависит от влажности продукта, чем выше увеличивается начальное влагосодержание, тем выше скорость сушки. Количество влаги на поверхности РС влияет на скорость сушки для обоих периодов удаления влаги, это связано с изменением структуры исследуемых смесей вследствие наличия в них свободной влаги. Таким образом, количество периодов сушки определяется, прежде всего, начальным содержанием влаги в исследуемых образцах. Следовательно, чем выше

массовая доля влаги в РС, тем период убывающей скорости дегидратации больше [120, 251].

Повышение начальной влажности в исследуемых смесях влечет за собой увеличение температуры в этих смесях и снижение критического содержания влаги. Таким образом, повышение температуры влияет на внутреннюю диффузию влаги в исследуемых рыбных смесях, увеличивая долю связанной влаги, которая удаляется в первый период дегидратации. По мере того, как снижается массовая доля влаги в РС происходит уменьшение коэффициента диэлектрических потерь, что приводит к сокращению количества теплоты, создаваемой в исследуемых образцах [120, 251].

На данном этапе технологического процесса конвективной сушки с СВЧ-нагревом в наибольшей степени проявляется основное преимущество процесса обезвоживания РС с использованием СВЧ - энергии, это высокая однородность влажности в высушенных продуктах. В процессе сушки под воздействием СВЧ - энергии происходит выравнивание влажности РС за счет более интенсивного нагрева влажных частиц, чем частиц имеющих меньшую влажность [120, 251].

Результатом является повышение температуры между поверхностью рыбных смесей и окружающей их средой вследствие тепло- и влагообмена. С поверхности РС удаляется часть тепла, за счет чего температура увеличивается медленнее, чем в их центре. Следовательно, происходит образование температурного градиента между поверхностью и центром рыбных смесей. Величину данного градиента можно регулировать посредством изменения мощности СВЧ. Следует отметить, что его направленность при любых условиях является оптимальной для удаления влаги из исследуемого продукта [120, 251].

Преимущества конвективной сушки с подводом СВЧ-энергии заключается в том, что по мере снижения влаги в исследуемых смесях нагрев продолжается только в тех участках, где еще сохранилась повышенная влажность. Таким образом, достигается конечная влажность РС и скорость

сушки значительно замедляется. Влажность продукта становится равной или близкой к гигроскопической.

При сушке РС с заданными технологическими параметрами на выходе получили сухие рыбные смеси (СРС) с высокими показателями качества. Продолжительность сушки при достижении конечной влажности составила 165 минут для РС №1 и 185 мин для РС №2. Конечная влажность исследуемых РС составила 5,7 % для РС №1 и 6,4 для РС №2. Выход СРС (рис. 6.6) составил 38-45 % в зависимости от используемых ВПР рыб.

б

Рисунок 6.6 - Сухие рыбные смеси из вторичных продуктов разделки рыб:

а - горбуша; б - толстолобик.

Согласно требованиям, ГОСТ 10385-2014 «Комбикорм для рыб. Общие технические требования» массовая доля влаги в кормовых продуктах должна быть не более 12-13,5 %, следовательно, анализируя кривую сушки (рис. 6.4) продолжительность сушки исследуемых РС до конечной влажности 12 % составит: для РС №1 - 110 мин, а для РС № 2 - 120 минут.

Оценку перспективности использования СРС в производстве кормов для радужной форели проводили на основании комплексного их исследование по таким показателям как химический, витаминный, минеральный, жирнокислотный, аминокислотный составы.

Оценка общего химического состава СРС представлена на рисунке 6.7.

60

50

40

30

20

10

Влага

32,9 33,6

21,5

10,6 1

Белок Жир

СРС №1 СРС №2

Зола

Рисунок 6.7 - Химический состав СРС

0

Проведенные нами исследования показали (рис. 6.7) высокую массовую долю белка в СРС № 1-2 (38,5-50,8 % соответственно), что соответствует установленным нормам по содержанию данного макронутриента в полноценных продукционных кормах для лососевых рыб (34-45 %).

Кроме белка, одним из ценнейших компонентов продукта являются жиры, которые содержаться в СРС от 32,9 до 33,6 % и являются источником особо ценных полиненасыщенных жирных кислот таких, как омега-3 и омега-6, которые жизненно необходимы для поддержания иммунитета рыб. Следует отметить и положительную сторону высокой массовой доли жира в СРС, которая позволит исключить введение в рецептуру корма рыбьего жира и тем самым, снизить себестоимость производства корма без снижения энергетической ценности и органолептических показателей. Стоит так же отметить, что содержание липидов в рецептурах кормов влияет не только на химический состав, но и на структурно-механические свойства конечного продукта (прочность и водостойкость).

Однако содержания жира в кормопродукте не должно превышать 25 % от общего состава, превышение данного показателя приводит к развитию окислительных процессов: такие СРС имеют малый срок хранения [29, 126, 267]. Для предотвращения окислительных процессов, происходящих в жирах необходимо в СРС вводить антиокислители в количестве 0,1 % к общей массе продукта.

Массовая доля золы в исследуемых СРС (10,6-21,5 %) свидетельствует о том, что они богаты минеральными веществами.

Экспериментально доказано, что отличительной особенностью СРС является высокое содержание как незаменимых, так и заменимых аминокислот.

По сути обеспечение рыб кормовым белком и является обеспечение их аминокислотами. При всем этом белок должен отвечать физиологическим потребностям рыб как в качественном наборе аминокислот, так и в их количестве. В таблице 6.1 приведены данные аминокислотного состава СРС.

Из представленных данных (табл. 6.1) видно, что СРС присутствуют все необходимые для полноценного питания рыб незаменимые аминокислоты их сумма, составляет 45,349-45,379 г на 100 г белка, что коррелирует с их нормой по содержанию в полноценных для рыб белках

корма 35-50 % (М.А. Щербина, Е.А. Гамыгин, 2006).

При наличии в составе СРС всех протеиногенных аминокислот большую массовую долю занимают такие аминокислоты, как глицин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты, лизин и пролин (41,11-44,22 % от общей суммы аминокислот).

Из литературных источников известно, что качественный и количественный состав аминокислот и их последовательность в молекуле белка указывают на его структуру и функционально-технологические свойства. Таким образом, имея сведения о аминокислотном составе сырьевого компонента можно провести оценку его качественных показателей и предположить его свойства в различных кормовых системах [58, 85, 267].

Таблица 6.1 - Аминокислотный состав СРС

Наименование Содержание, г/100 г белка Содержание, г/100 г СРС

аминокислоты СРС №1 СРС №2 СРС №1 СРС №2

Незаменимые аминокислоты:

Лизин 6,405 6,273 3,254 2,415

Валин 3.591 3-863 1.824 1,487

Лейцин 6,482 6,058 3,293 2,332

Изолейцин 2-763 3,148 1,404 1,212

Метпонин 1,684 1,649 0.449 0,413

Треонин 4,269 4,114 2,169 1,584

Триптофан 0-812 0,587 0.412 0,226

Фенилаланин 3-675 3-361 1.867 1,294

Аргиннн 13,563 14,572 6.890 5,610

Гистнднн 2,055 1,754 1,044 0,675

Итого 45,349 45,379 22,606 17,248

Заменимые аминокислоты:

Тирозин 2-808 1.705 1,426 0,656

Пролин 5,322 6,671 2,704 2,568

Серпн 5-024 4-082 2,552 1,572

Алании 6-653 7,507 3,379 2,890

Глицин 8,380 10,896 4,689 4,417

Цистеин 0-424 0-300 0,215 0.116

Глутампновая кислота + 12,270 12,287 6.233 4,730

глутамнн

Аспарапшовая кислота + 8,733 8,090 4,436 3.115

аспарагш

Итого 49,614 51,538 25,634 20,064

Всего 94,963 96,917 48,240 37.312

Как известно из литературных данных [80, 135, 136, 245], разным видам рыб необходимо различное количество незаменимых аминокислотах, поэтому при моделировании рецептур кормов необходимо учитывать такое их соотношение, которое оптимально бы отвечало физиологическим потребностям организма рыб.

Данные по удовлетворению потребности радужной форели в незаменимых аминокислотах (КашЫк, Сигоп, 1999), содержащихся в белках СРС представлены на рисунке 6.8.

Лизин

Валин

Лейцин

Изолейцин

Фенилаланин

Гистидин

Аргинин

50

100

150 200 250 300

Удовлетворение потребности, %

СРС №1 СРС №№2

Рисунок 6.8 - Удовлетворение потребности радужной форели в незаменимых аминокислотах, содержащихся в белках СРС

0

Результаты проведенных исследований (рис. 6.8) показывают, что СРС в зависимости от наименования незаменимой аминокислоты удовлетворяют

физиологическую потребность радужной форели в них от 56,9 до 255,6 %. Следовательно, полученные сухие рыбные смеси можно считать ценным и перспективным белковым компонентом животного происхождения в рецептурах полноценных кормов для рыб. Стоит отметить, что проблема недостаточности или избыточности отдельных аминокислот в СРС может быть решена путем моделирования и оптимизации рецептурного состава корма.

При разработке полноценных кормов для рыб одним из важнейших компонентов, входящих в его состав является жир, который содержит жизненно важные питательные вещества, такие как эссенциальные жирные кислоты и жирорастворимые витамины (М.А. Щербина, Е.А. Гамыгин, 2006). Следовательно, для оценки перспективности применения СРС в производстве полноценных кормов важно получить информацию о их качественном и количественном составе жирных кислот.

Жирнокислотный состав сухих рыбных смесей представлен в таблице 6.2.

Результаты исследований (табл. 6.2) показали, что жирнокислотные составы сухих рыбных смесей различаются между собой не существенно, но при этом имеют свои отличия.

Из данных (табл. 6.2) видно, что жировые компоненты СРС содержат в своем составе преимущественно ненасыщенные жирные кислоты (ННЖК), массовая доля которых, составила 15,38-29,90 г/100 г СРС. Отметим, что содержание ННЖК в СРС №2 из ВПР толстолобика в 1,9 раза выше, чем в СРС №1 из ВПР горбуши. Содержание жизненно важных для организма рыб полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в жировых компонентах СРС составило 2,51-6,48 г/100 г СРС. При этом содержание ПНЖК в СРС №2 из ВПР толстолобика в 2,5 раза больше, чем в СРС №1 из ВПР горбуши, а по содержанию ю-3 жирных кислот СРС №1 из ВПР горбуши превосходят в 5 раз аналогичные из ВПР толстолобика.

Таблица 6.2 - Жирнокислотный состав СРС

Наименование жирной кислоты Символ Содержание, г/ 100 г жирных кислот Содержание, г/100 г СРС

СРС №1 СРС №2 СРС №1 СРС №2

Насыщенные:

Миристиновая С 14:0 9,20 6,93 3,03 2,33

Пальмитиновая С 16:0 29,64 18,45 9,75 6,20

Стеариновая С18:0 6,75 2,70 2,22 0,91

Арахиновая С20:0 0,50 - 0,16 -

Ненасыщенные:

Мононенасыщенн ые:

Миристолеиновая С14:1 0,16 - 0,05 -

Пальмитолеиновая С 16:1 13,00 7,84 4,28 2,63

Олеиновая С 18:1 24,04 13,23 7,91 4,45

Элаидиновая С 18:1 0,13 1,38 0,04 0,46

Гондоиновая С20:1 1,79 10,77 0,59 3,62

Эруковая С22:1 - 16,18 - 5,44

Нервоновая С24:1 - 2,43 - 0,82

Полиненасыщенные:

Линолевая юб С18:2 3,03 1,78 1,00 0,60

Линоленовая ю3 С18:3 2,74 0,66 0,90 0,22

Эйкозадиеновая юб С20:2 0,39 - 0,13 -

Арахидоновая юб С20:4 0,61 12,03 0,20 4,04

Тимнодоновая ю3 С20:5 0,85 - 0,28 -

Докозапентаеновая юб С22:5 - 4,83 - 1,62

Сумма насыщенных ЖК 53,26 28,87 15,00 9,44

Сумма ненасыщенных ЖК 46,74 71,13 15,38 23,90

Сумма мононенасыщенных ЖК 39,12 51,83 12,87 17,42

Сумма полиненасыщенных ЖК 7,62 19,30 2,51 6,48

Сумма ю-6 ЖК 4,03 18,64 1,33 4,64

Сумма ю-3 ЖК 3,59 0,66 1,18 0,22

Стоит также отметить, что конвективная сушка с дополнительным СВЧ-нагревом не оказала заметного влияния на жирнокислотный состав сухих рыбных смесей, что еще раз доказывает правильность выбора оптимальных технологических режимов данного процесса.

Используя метод интегральной оценки биологической ценности жирового компонента исследуемых СРС, рассчитали коэффициент эффективности метаболизации эссенциальных жирных кислот (КЭМ), который показывает способность жирных кислот, входящих в состав жирового компонента СРС, наиболее полно обеспечивать синтез

структурных компонентов клеточных мембран [76, 96, 272, 281].

Расчетные данные КЭМ сухих рыбных смесей составили 0,09-1,7, что в несколько раз выше аналогичного показателя рыбьего жира (0,03-0,04), который является традиционным рецептурным компонентом в производстве кормов для рыб. Таким образом, СРС имеют высокую биологическую ценность жирового компонента и могут быть использованы в кормопроизводстве не только как источник белка, но и жира.

Проведенные исследования витаминного состава СРС из ВПР рыб (табл. 6.3) показали, что они содержат большое количество жирорастворимых витаминов таких как, ретинол (1500-3400 М.Е.) и токоферол (2,61-2,74 мг/100 г СРС), а также в небольшом количестве водорастворимые витамины В1 (0,46 мг/100 г СРС) и В2 (1,52-2,72 мг/100 г СРС).

Таблица 6.3 - Витаминный состав СРС

Наименование витамина Содержание, мг/100 г СРС

СРС №1 СРС №2

А (ретинол), М.Е. 1500 3400

Е (токоферол) 2,74 2,61

В1 (тиамин) 0,46 -

В2 (рибофлавин) 2,72 1,52

Комплекс минеральных элементов СРС (табл. 6.4) включает в себя 25 наименований, которые участвуют в различных процессах происходящих в организме рыб обеспечивая их оптимальную жизнедеятельность.

Из результатов исследований (табл. 6.4) видно, что по содержанию такого макроэлементу как кальций, который отвечает за развитие костной системы рыб СРС №2 из ВПР толстолобика в 2,5 раза превосходит СРС №1 из ВПР горбуши, а содержание фосфора в СРС №2 из ВПР толстолобика примерно в 2 раза больше, чем в СРС №1 из ВПР горбуши. Стоит отметить высокое содержание калия в обеих СРС (9,190-9,224 г/кг СРС), который играет важную роль в обеспечении обмена веществ и регулирует выведение

токсинов из организма рыб. В обоих образцах сухих рыбных смесей содержится селен (0,96-2,91 мг/кг СРС), который при введении в рацион кормления рыб положительно сказывается на основных производственных показателях при выращивании.

Таблица 6.4 - Минеральный состав СРС

Минеральный элемент Содержание, мг/кг СРС (среднее ± погрешность, Р = 0,95)

СРС №1 СРС №2

Кальций (Ca) 24063±2406 62667±6267

Фосфор 17965±179б 30604±3060

Калий (К) 9190±919 9224±922

Натрий (№) 8060±806 6134±613

Магний (Mg) 1204±120 1363±136

Железо 252±25 913±91

Алюминий (Л!) 3,76±0,38 371±37

Стронций ^г) 87,4±8,74 87,11±8,71

Цинк ^п) 190±19 62,18±6,22

Марганец ^п) 3,42±0,34 35,89±3,59

Кремний 5,38±0,54 6,4±0,64

Хром (&) 0,56±0,067 4,94±0,49

Никель (№) 0,73±0,088 2,58±0,26

Иод (I) 2,25±0,23 2,38±0,24

Медь 10,81±1,08 1,66±0,17

Ванадий (V) 0,24±0,028 1,18±0,12

Селен 2,91±0,29 0,96±0,115

Мышьяк (As) 0,93±0,112 0,56±0,067

Бор ф) 1,17±0,12 0,53±0,063

Литий (У) 0,14±0,017 0,37±0,044

Кобальт 0,09±0,013 0,36±0,043

Свинец № 0,02±0,003 0,24±0,029

Олово ^п) 0,49±0,059 0,05±0,008

Кадмий (Cd) 0,31±0,037 0,02±0,003

Ртуть 0,04±0,006 0,02±0,003

В остальном минеральный состав СРС из ВПР рыб различается не существенно.

Как известно, что минеральный состав кормов требует определенного набора макро- и микроэлементов, который зависит от ряда факторов играющих важную роль при составлении рецептур кормов и рационов питания рыб. К таким факторам относятся: суточная потребность в

зависимости от возраста, условия выращивания (естественное или искусственное), вид рыбы и т.д. [29, 48, 75, 135].

Результаты проведенных исследований (табл. 6.5) показывают, что СРС из ВПР рыб удовлетворяют физиологическую потребность радужной форели в особо значимых макро- и микроэлементах (Jauncey, 1995) от 55,3 до 2088,9 % в зависимости от наименования минерального элемента. Стоит отметить, что полученные сухие рыбные смеси можно считать ценными не только белковыми, но и минеральными компонентами в рецептурах полноценных кормов для рыб.

Таблица 6.5 - Удовлетворение потребности радужной форели в минеральных элементах

Минеральный элемент Удовлетворение потребности радужной форели в минеральных элементах. %

СРС №1 СРС №2

Кальций (Са) 802,1 2088,9

Фосфор (Р) 224,6 382,6

Магний 172,0 194,7

Железо [Те) 376,1 1362,7

Цинк (2п) 633,0 207,3

Йод (I) 80.4 85,0

Медь (Си) 360,3 55,3

Селен (Эе) 232,8 76,8

Кобальт (Со) 180,0 720,0

Таким образом, исследование химического состава показало, что сухие рыбные смеси из вторичных продуктов разделки рыб являются источниками белков, жиров, а также макро- и микроэлементов способных удовлетворить физиологическую потребность рыб в рационе кормления. Следовательно, полученные СРС перспективны в производстве кормовых белково-минеральных добавок способных частично или полностью заменить в рецептурах кормов традиционную рыбную муку без потери кормовой и

биологической ценности. Использование в рецептурах кормов кормовых добавок из вторичных продуктов разделки рыб взамен дорогой рыбной муки позволит повысить прибыль комбикормовых предприятий, а также снизить стоимость готового продукта.

На основании полученных результатов нами предлагается технологическая схема получения кормовых добавок (КД) на основе сухих рыбных смесей (рис. 6.9).

Получения КД, характеризующийся тем, что внутренности рыбы и головы, взятые в соотношении 30 % и 70 % соответственно, промывают водой t = 18-20 °С в течение 1 ч, затем сырье перегружают в сетки и дают стечь воде.

После стекания воды РС измельчают на волчке с диаметром отверстий 3-5 мм, после измельчения РС загружают в конвективную сушилку с СВЧ-нагревом и проводят сушку при температуре теплоносителя 45 °С и скорости движения воздуха 1,2 м/с в течение 110-120 мин в зависимости от вида сырья до конечной влажности 12 %.

Затем СРС измельчают на молотковой дробилке до порошка с размером частиц от 0,1 до 1 мм. Далее вносят 0,1 % антиоксиданта ионола к массе СРС и перемешивают в смесителе. Затем дозируют, фасуют и упаковывают в полимерные мешки по 40 кг и направляют на хранение при температуре воздуха не более 30 оС в течение 6 месяцев.

Выход готового продукта составляет 38-45 % к массе необработанного сырья и зависит от свойств первичного сырья.

Технологическая схема является универсальной и позволяет перерабатывать вторичные отходы всех видов рыб.

По результатам комплексных исследований получен патент РФ № 2703158 «Способ получения белково-минеральной кормовой добавки» (приложение И).

Прием вторичных продуктов разделки

толстолобика и горбуши *

Промывка водой

$ = 18-20 °С; т = 1 ч) +

Стекание

(т=1ч) +

Измельчение на волчке (5,5 кВт; 1200 кг/ч; = 3-5 мм)

I

Конвективная сушка с СВЧ-нагревом

^ = 45 °С; т = 110-120 мин; <рк = 12 %) *

Измельчение на молотковой дробилке (й«™ = 1 мм)

I

Смешивание Антиоксидант (ионол) 0,1 % к массе

I

Дозирование, упаковка, маркировка (т = 40 кг)

I

Хранение (I = не более 30 °С; т = 6 месяцев)

Рисунок 6.9 - Технологическая схема производства кормовой добавки из вторичных продуктов разделки рыб

6.2 Разработка технологии и обоснование технологических режимов получения продукционного корма для радужной форели

При индустриальном рыбоводстве при отсутствии естественной пищи решающим становится обеспечение в составе корма такого набора аминокислот, жирных кислот, моносахаров, минеральных веществ, витаминов и различных биологически активных веществ, которые,

трансформируясь в органах и тканях рыб в соответствующие структурные соединения, обеспечат полноценное развитие и рост [263, 267, 343].

Таким образом, формирование определенного состава рецептуры искусственного корма базируется на учете множества факторов как абиотической, так биотической природы, которые вписываются в матрицу разрабатываемой рецептуры как факторы прямого действия на эффективность усвоения тех или иных питательных веществ.

На основании требований к потребности в питательных веществах радужной форели и учетом ранее полученных данных об аминокислотном и витаминно-минеральном составах кормовых добавок из вторичных продуктов разделки рыб, а также системы программного моделирования рецептурно-компонентных решений «Generic 2.1» была разработана рецептура корма для радужной форели «ФишФуд» (табл. 6.6).

Таблица 6.6 - Рецептура корма «ФишФуд» для радужной форели

Наименование компонента Продукционный корм «ФишФуд» для радужной форели

Сырье, в кг на 100 кг

Основное сырье:

Кормовая добавка №1 (из ВПР горбуши) 24,19

Кормовая добавка №2 (из ВПР толстолобика) 36,59

Гороховая мука 17,96

Кукурузная мука 9,29

Пшеничная мука 3,99

Подсолнечный жмых 2,99

Соевый жмых 3,99

Премикс ПФ-1В 1,00

Итого 100

Вспомогательное сырье:

Пропилгаллат (Е310) 0,003

Лигносульфонат кальция (Е565) 1,00

На основании сбалансированности аминокислотного, минерального и витаминного составов была рассчитана функция желательности полученного корма, которая составила 0,95, 0,70 и 0,69 соответственно, что соответствует по шкале желательности Харрингтона оценке «отлично» и «хорошо» (рис. 6.10-6.12).

1,22 1,12 1,02 0,92 0,82 0,72 0,62 0,52 0,42 0,32 0,22 0,12 0,02

Рисунок 6.10 - Сбалансированность рыбного корма «ФишФуд» по аминокислотному

составу:

d1 - лейцин; d2 - изолейцин; d3 - лизин; d4 - метионин+цистин; d5 - фенилаланин+тирозин; d6 - треонин; d7 - триптофан; d8 - валин.

1,22 1,12 1,02 0,92 0,82 0,72 0,62 0,52 0,42 0,32 0,22 0,12 0,02

гТ[

с11

с12

| с13 [..... И ¿6

1 С4 |

С8

с17

о. 2

о.

3

о. 4

о. 5

о. 6

о.

7

о. ю

о

б Щ

Л 1 ¿3 1 1 ¿4 1 ¿5

1 ¿6

га Dобщ

1 ! ~

1 С1 1

№

о

Рисунок 6.11 - Сбалансированность рыбного корма «ФишФуд» по минеральному составу: d1 - кальций; d2 - магний; d3 - фосфор; d4 - цинк; d5 - медь; d6 - марганец.

1,22 1,12 1,02 0,92 0,82 0,72 0,62 0,52 0,42 0,32 0,22 0,12 0,02

Рисунок 6.12 - Сбалансированность рыбного корма «ФишФуд» по витаминному составу: d1 - витамин Е; d2 - витамин В1; d3 - витамин В2; d4 - витамин В3; d5 - витамин В4; d6 - витамин В5; d7 - витамин В6; d8 - витамин В9.

В основе достижения высокого качества комбикормов лежит уровень технологии их производства. В основе успешного решения программы обеспечения рыбоводных хозяйств качественными комбикормами лежит знание технологических схем производства кормов и умелое их применение на практике.

Технология получения инновационных кормов для рыб начинается с подготовки растительного сырья, которое заключается в последовательных операциях приемки и очистки растительного сырья от посторонних примесей.

Далее очищенное растительное сырье направляется в бункеры-накопители.

Затем сырье дозируется и подается в лопастной смеситель. Далее смесь поступает в экструдер, где при одновременном воздействии температуры (150-160 оС), и давлении (2-3 МПа) происходят химические изменения в структуре веществ. В результате комплексного взаимодействия этих факторов при выпресовывании из головки экструдера происходит резкое высвобождение аккумулированной энергии внутри кормосмеси, что

■

а 6

о. 2

о.

3

о. 4

о.

5

о.

7

О. 8

о

б щ

приводит к мгновенному испарению воды - «микровзрыву». После экструдирования сырье направляется на измельчение в молотковую дробилку с диаметром сита не более 1 мм и направляется в бункер-накопитель экструдированного сырья.

Затем сырье дозируется и подается в лопастной смеситель. На данной стадии в смеситель дозируются премиксы и вводятся кормовые добавки (технологическая схема производства КД представлена в р. 6.1).

Смешивание ингредиентов корма происходит до степени однородности более 0,9, что является хорошей эффективностью. Далее смешанные компоненты поступают в надпрессовый бункер, а затем в питатель, который регулирует работу пресс-гранулятора за счет вращения шнека-гранулятора.

Из питателя смесь поступает в смеситель, где происходит обработка сухим паром при температуре 120-140 оС. Уровень увлажнения изменяется до 14 %, что необходимо для выделения клейковины у увлажненных компонентов.

После перемешивания в смесителе увлажненный (пропаренный) комбикорм направляется в прессующую камеру и выпрессовывается через формующие отверстия матрицы при температуре 50-80 оС и влажности 14 %.

Гранулы охлаждаются в охладительной колонке, при этом влажность корма снижается до 10,5 %, а температура должна быть на 5-10 оС выше, чем температура окружающего воздуха.

После охлаждения гранулы просеиваются на ситах с отверстиями диаметром не более 2 мм для отделения крошки. Выход готовой продукции 98,4 %.

Далее корма дозируют и упаковывают в полиэтиленовые мешки, маркируются и направляются на склад готовой продукции.

Хранение гранулированных кормов осуществляется в складских помещениях в течение 12 месяцев.

Технологическая схема производства гранулированного корма представлена на рисунке 6.13.

Рисунок 6.13 - Технологическая схема производства гранулированного корма

На рис. 6.14 представлена общая аппаратурная схема получения продукционного корма «ФишФуд», рекомендуемого для кормления радужной форели.

I'.

Рисунок 6.14 - Аппаратурная схема производства продукционного корма «ФишФуд» для радужной форели

Различные подходы к составлению рецептур кормов зависят от многих факторов выращивания различных видов рыб. В естественных условиях выращивания основным фактором, влияющим на компонентный состав кормов и их питательность, оказывает кормовая база самих водоемов, которая отсутствует при выращивании рыбы установках замкнутого водоснабжения (УЗВ), где основным источников пищевых веществ являются корма.

В результате проведенной работы нами была разработана рецептура, технология и обоснованы технологические режимы производства гранулированного продукционного корма «ФишФуд» для кормления радужной форели в условиях УЗВ.

6.3 Физико-химические и структурно-механические свойства корма

Прирост массы и нормальный ход всех физиологических процессов у рыб, свидетельствует о полной удовлетворенности в питании. Из этого следует, что в кормах, используемых в рационе питания рыб, присутствуют в доступной и усвояемой форме необходимые для организма рыб нутриенты. Такие корма имеют высокую биологическую и питательную ценность.

Очень важно знать химический состав основных питательных компонентов входящих в рецептуры кормов, так как питательность корма напрямую зависит от кормовой ценности протеина, жира и углеводов, переваримости данных компонентов. В свою очередь кормовая ценность протеина зависит от состава заменимых и незаменимых (лизин, метионин и др.) аминокислот. Кормовая ценность жиров - от состава заменимых и незаменимых (линолевая и линоленовая) жирных кислот. Только с кормом рыба может получить незаменимые аминокислоты и жирные кислоты.

Химический состав разработанного корма «ФишФуд» представлен в таблице 6.7.

Проведенные исследования (табл. 6.7) показали, что массовая доля белка в корме «ФишФуд» составляет 41,8 %, что является оптимальным показателем по содержанию белка в кормах для радужной форели при искусственном выращивании который находится в пределах 30-50 %. Стоит отметить, что при искусственном выращивании такое количество белка животного происхождения радужная форель способна переварить за счет специфики своих пищеварительных ферментов, в отличии от естественного выращивания (10-18 % животного белка естественной пищи).

Таблица 6.7 - Общий химический состав корма «ФишФуд»

Наименование продукта Содержание в корме, %

Влага Белок Липиды Углеводы Клетчатка Зола

Корм для радужной форели «ФишФуд» 10,5 41,8 19,7 20,5 2,0 5,5

Влияние на рост радужной форели и усвоение ею корма зависит не только от массовой доли белка в корме, но и от его сбалансированности по аминокислотному составу, а также наличие всех незаменимых аминокислот. Повешенное содержание белкового компонента в корме резко понижает кормовой коэффициент при кормлении радужной форели, что влечет за собой увеличение экономических показателей выращивания, за счет уменьшения количества расходуемого корма на 1 кг выращенной рыбы.

Из данных (табл. 6.7) видно, что массовая доля углеводов главных поставщиков энергии для рыб в корм «ФишФуд» составляет 20,5 %, что является хорошим показателем и отвечает установленным нормам. Рекомендуемое содержание белкового компонента в кормах для лососевых составляет не более 25-30 %. Отметим, что для удовлетворения физиологической потребности радужной форели в перевариваемых углеводах составляет всего 9-12 %.

Массовая доля клетчатки в корме «ФишФуд» составляет 2,0 %, она не лимитируется нормативными документами, но играет важную роль в пищеварительных процессах радужной форели способствуя повышению перевариваемости белка (табл. 6.7).

Необходимым питательным компонентом в рационах радужной форели который она может усваивать до 25 % от общего состава корма является жир, массовая доля которого в корме «ФишФуд» - 19,7 %. Что является нормой по содержанию в кормах для радужной форели. Главные негативные последствия при недостаточном содержании в корме жира связаны со снижением скорости роста рыб и резком возрастании кормового коэффициента, что является следствием обеспечение энергетических расходов за счет расщепления белка. В некоторых случаях при критичной недостаточности жирового компонента в кормах происходит снижение массы рыб (табл. 6.7).

Полученная информация о химическом составе позволяет оценить в корме «ФишФуд» соотношение белок : жир, которое составило 2,1:1, что соответствует требованиям нормативного документа где установлено оптимальное соотношению белка к жиру в кормах для рыб от 2:1 до 3:1 (техническое руководство ФАО, 2010 г.).

Следует отметить, что потребность радужной форели в белке зависит от количественного и качественного аминокислотного состава в нем. Полноценным для рыб является тот корм, который имеет белковый компонент со всеми незаменимыми аминокислотами в своем составе. Причем незаменимые аминокислоты должны находится в белковом компоненте в сбалансированном состоянии.

Известно, что любое отклонение в сбалансированности незаменимых аминокислот ведет к серьезным физиологическим изменениям в организме рыб.

В таблице 6.8. представлен аминокислотный состав корма «ФишФуд».

Таблица 6.8 - Аминокислотный состав корма «ФишФуд»

Наименование аминокислоты Содержание в продукционном корме, г/100 г корма Потребность радужной форели в аминокислоте, г/100 г корма Удовлетворение потребности в аминокислоте, %

Лейцин 2,630 2,842 92,2

Изо лейцин 1,310 1,421 92,2

Лизин 2,532 2,550 99,3

Меттюнпн+цпс тин 0.459 0,502 91,4

Ф еиилала нпн+тпр озпи 2,467 2,299 107,3

Треонин 1-682 1,839 91,5

Триптофан 0,198 0,209 94,7

Валин 1,289 1,295 99.5

Из данных таблицы 6.8 видно, что белковый компонент корма «ФишФуд» оптимально сбалансирован по аминокислотному составу, в его составе присутствуют все незаменимые для радужной форели аминокислоты. Основываясь на исследованиях ученых о физиологических потребностях в основных эссенциальных нутриентах рыб нами определено, что разработанный корм удовлетворяет физиологические потребности радужной форели свыше 99 % по трем незаменимым аминокислотам: валин - 99,5 %, лизин - 99,3 % и фенилаланин - 107,3 %. Особо необходимо отметить высокую степень удовлетворения потребности радужной форели в такой аминокислоте как валин недостаток или отсутствие которого в рационе питания рыб приводит к потере двигательной способности и раздражительности кожного покровы. Также известно, что нарушение кровообращения и самое главное нарушение азотистого баланса является признаком недостатка лизина в рационе питания радужной форели [Щербина, Салькова, 1987; Саенко, 1996; ^шЫ^ Cuzon, 1999 и др.].

Расчеты биологической ценности белка показали, что корм «ФишФуд» имеет высокую биологическую ценность (БЦ), которая составила 95,18 %, при коэффициенте различия аминокислотного скора (КРАС) - 4,82 %.

Таким образом, корм «ФишФуд» удовлетворяет потребность радужной форели в незаменимых аминокислотах от 91,5 до 107,3 % за счет их сбалансированного состава.

Содержание в кормах для радужной форели макро- и микроэлементов является необходимым условием при составлении рационов кормления.

Данные по минеральному составу корма «ФишФуд» представлены в таблице 6.9.

Таблица 6.9 - Минеральный состав корма «ФишФуд»

Наименование минерального элемента Содержание в продукцпонном корме, мг/100 г корма Потребность радужной форели в минеральных элементах, мг/100 г корма Удовлетв оренпе потребности в минеральных элементах, %

Кальций 1923,59 2400,00 80,1

Фосфор 1188,11 1200,00 99,0

Магний 129.01 135,00 95.6

Цннк 7,99 10,20 78,3

Марганец 2,07 2,55 81.2

Медь 0,69 0,75 92,0

Из данных таблицы 6.9 можно сделать вывод, что в разработанном корме «ФишФуд» находятся все необходимые макро и микроэлементы, которые играют важную роль в биологическом обеспечении жизненных функций организма рыб. Содержание данных элементов в корме удовлетворяет потребность радужной форели в них на 78,3-99,0 % в зависимости минерального элемента.

При производстве корма для радужной форели сбалансированного по минеральным элементам необходимо учитывать минеральный состав водной среды в которой происходит выращивание, так как рыбы могут потреблять

минеральные вещества не только с кормом, но и поглощать их через верхние покровы и жабры. Следовательно, потребность их при этом будет существенно меньше.

В отличие от белков, жиров и углеводов, потребность радужной форели в витаминах маленькая, отсутствие их или нехватка в рецептурных композициях кормов приводит к серьезным последствиям, которые выражаются в нарушенном обмене веществ, что часто к их заболеванию и часто к гибели.

Витаминный состав корма «ФишФуд» представлен в таблице 6.10.

Как видно из таблицы 6.10 разработанный корм сбалансирован по основным жизненно важным витаминам за счет дополнительного введения в его рецептуру премикса ПФ-1В и полностью удовлетворяет потребность их в рационе кормления радужной форели.

Таблица б.10 - Витаминный состав корма «ФишФуд»

Наименование витамина Содержание в про дукшю нном корме, мг/100 г корма Потребность радужной форели в витаминах, мг/100 г корма Удовлетворенпе потребности в витаминах, %

Витамин А 0.006 0.006 100,0

Витамин Е 2,90 3,00 96,7

Витамин Bi 0,95 1,00 95.0

Витамин Bi 1.92 2,00 96,0

Витамин Вз 3.95 4,00 98,8

Витамин В4 0,32 0,30 106,7

Витамин В; 14,61 15,00 97,4

Витамин В 6 0.94 1,00 94,0

Витамин В ? 0,47 0,50 94,0

Таким образом, на основании комплексной оценке химического состава корма «ФишФуд» можно заключить, что он способен удовлетворить суточную потребность радужной форели по основным эссенциальным нутриентам.

Результаты исследований микробиологических показателей показали, что согласно требованиям ВетПиН 13-5-01/0101 корм «ФишФуд» является безвредным для радужной форели, так как все значения микробиологических показателей были существенно ниже нормативных. Значения составили: общее микробное число (ОМЧ) - 1,5-105 КОЕ/г при нормативном не более 5 -105, общее число грибов (ОЧГ) - 1,8 104 при нормативном не более 5 104.

Для оценки технологичности продукционного корма «ФишФуд» определяли физико-химические показатели качества: влажность, водостойкость и крошимость гранул (табл. 6.11).

Таблица 6.11 - Физико-химические показатели качества корма «ФишФуд»

Наименование показателя Значение показателя Норма по ГОСТ 10385-2014

Влажность, % 10,5 не более 13,5

Крошимость гранул, % 1,4 не более 3,0

Водостойкость гранул, мин 42 не менее 30

Результаты проведенных исследований показали соответствие корма «ФишФуд» по физико-химическим показателям требованиям ГОСТ 10385-2014.

Таким образом, основываясь на результатах комплексного исследования можно заключить следующие, что корм «ФишФуд» может быть рекомендован к использованию в рационах кормления радужной форели в установках замкнутого водоснабжения.

По результатам комплексных исследований разработан СТО 0203215435 - 001 - 2019 «Продукционный корм «ФишФуд» для радужной форели» (приложение В) и получен патент РФ № 2621991 «Способ получения корма для прудовых рыб» (приложение И).

Разработанная технология прошла производственные испытания в условиях ИП Глава КФХ Журавлев Ю.А. (п.г.т. Каменка, Воронежской области) (приложение А).

6.4 Исследование продукционного корма «ФишФуд» с целью оценки эффективности при кормлении радужной форели

Оценку эффективности разработанного корма «ФишФуд» проводили в условиях ИТЦ «Аквабиоресурс» являющейся структурной единицей кафедры управления качеством и технологии водных биоресурсов ФГБОУ ВО «ВГУИТ», г. Воронеж.

Объектом исследования являлась радужная форель.

Кормление объектов исследования разработанным и контрольным кормами проводили в рыбоводной установке интенсивного типа по бассейновому выращиванию рыб (УЗВ).

Эксперимент проводили при содержании растворенного в воде кислорода 10 мг/л. Температура воды в УЗВ составляла 15 оС. Данные технологические параметры поддерживались на одном уровне в течение всего периода проведения эксперимента, которые являются оптимальными для выращивания радужной форели в установках замкнутого водоснабжения (согласно технологическим рекомендациям, Alltech Coppens, Нидерланды, 2018-2019 г.г.).

Эксперимент проводили в течение 56 суток.

Средняя начальная масса радужной форели составила 320 г. Согласно нормативным документам о плотности посадки в рыбоводные бассейны были помещены особи радужной форели. Таким образом в первом бассейне общая масса опытной группы радужной форели составила 50,17 кг, а во втором бассейне масса контрольной группы радужной форели составила 50,2 кг.

Кормление опытной группы рыб осуществляли кормом «ФишФуд», а контрольной группы кормом Coppens (Нидерланды). Количество вносимого корма составляло 1,4 % к общей массе рыб в группе (согласно рекомендациям, фирмы Alltech Coppens (Нидерланды)). Раз в две недели проводили взвешивание радужной форели по 10 особей от каждой группы.

Контроль показателей растворенного кислорода в воде и температуры воды в УЗВ проводили ежедневно. Содержание в воде МН3, NO2, NOз, pH проверяли один раз в две недели

Согласно методикам, представленным в главе 2 определяли: гидрохимические показатели воды в УЗВ, массометрические характеристики, химический состав, органолептические и физические показатели, среднесуточный прирост, качественный и количественный составы микрофлоры кишечника рыб в опытной и контрольной группах

В таблице 6.12 представлены результаты исследований гидрохимических показателей в течение всего периода кормления радужной форели опытной и контрольной групп.

Таблица 6.12 - Гидрохимические показатели (согласно технологическим рекомендациям «Корм для форели и сиговых для установки УЗВ»: 20182019, Alltech Coppens, Нидерланды)

Наименование показателен Группа рыо Продолжительность кормления, сут

0 14 28 42 56

Растворенный кислород, ИГ: л Опыт Ю=0:5 с учетом подачи дополнительного количества кислорода для поддержания необходимого уровня кислорода в воде (измерения проводились ежедневно)

Контроль

Температура воды, °С Опыт 1;±0;2 (измерения проводились ежедневно)

Контроль

N13; (аммонийный азот) Опыт 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

Контроль 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

N0; (нитриты) Опыт од 0,2 0,2 0,2 0,2

Контроль од 0,2 0,2 0,2 0.2

N0; (нитраты) Опыт 10 15 15 15 15

Контроль 10 15 15 15 15

рН Опыт 7,6 7,6 7,6 7,7 7.7

Контроль 7,6 7,6 7.7 7.7

Содержание аммиака в УЗВ составило 0,05 и не претерпевало изменений в течение всего периода кормления, что является нормой для УЗВ. Значение рН в интервале 6-9 является оптимальным для жизнеобеспечения радужной форели, данный показатель изменился не значительно с 7,6 до 7,7 только на 42-е сутки кормления, но его значения были в оптимальном

интервале. Также незначительным изменениям подверглись такие показатели как, концентрация нитратов и нитритов, что, скорее всего, связано с увеличением общей массы радужной форели и общей массы вносимого корма, но данные концентрации находились в пределах установленных норм.

Таким образом, кормление радужной форели кормом «ФишФуд» не оказывает существенного влияния на гидрохимические показатели воды в УЗВ. Все параметры были в пределах установленных норм.