Совершенствование технологии убоя и первичной переработки скота (птицы) или побочных продуктов убоя

Содержание

       Введение                                                                                                               3

1.  Характеристика  данного вида скота (птицы) или побочных продуктов

убоя                                                                                                                       4     

2.  Характеристика химического состава и пищевой ценности мясосырья

 из данного вида  скота (птицы) или побочных продуктов  убоя

 скота                                                                                                                      5

3.   Влияние используемых технологических приемов, режимов на

качество конечной продукции при переработке скота (птицы) или

 побочных продуктов  убоя                                                                                          10

  4.   Совершенствование технологии убоя и первичной переработки скота

(птицы) или побочных продуктов  убоя                                                                      14

4.1 Анализ патентной литературы по исследуемому вопросу.                          14

4.2 Анализ информационных источников по исследуемому вопросу.              15

4.3  Совершенствование технологии переработки кератинсодержащего

сырья на основе патентного и информационного поисков.                                    16  

        Список использованных источников                                                                  23

Приложение

Содержание

       Введение                                                                                                                3

1.  Характеристика  данного вида скота (птицы) или побочных продуктов

убоя                                                                                                                       4     

2.  Характеристика химического состава и пищевой ценности мясосырья

 из данного вида  скота (птицы) или побочных продуктов  убоя

 скота                                                                                                                      5

3.   Влияние используемых технологических приемов, режимов на

качество конечной продукции при переработке скота (птицы) или

 побочных продуктов  убоя                                                                                          10

  4.   Совершенствование технологии убоя и первичной переработки скота

(птицы) или побочных продуктов  убоя                                                                      14

4.1 Анализ патентной литературы по исследуемому вопросу.                          14

4.2 Анализ информационных источников по исследуемому вопросу.              15

4.3  Совершенствование технологии переработки кератинсодержащего

сырья на основе патентного и информационного поисков.                                      16  

        Список  использованных источников                                                                   23

Приложение

Введение

В настоящее время глобальной проблемой человечества при стремительном  росте населения мира является дефицит пищевого (25%) и кормового (30%) белка. В общем балансе ежегодный дефицит его в кормах составляет около 5,3 млн.т, что эквивалентно недополучению 7,0-7,5 млн.т молока и 1,8-2,0 млн.т мяса. Для частичного покрытия дефицита высокобелковые корма закупаются за рубежом по высокой цене. Однако большая зависимость от поставок этого вида сырья с внешнего рынка потенциально опасна из-за того, что мировая потребность в белковых кормах превосходит их производство .

Растущая потребность животноводства в белковых кормах может быть удовлетворена в результате максимального использования непищевых отходов, являющихся нетрадиционными источниками увеличения ресурсов кормового белка. Одним из таких источников могут быть кератинсодержащие отходы (перо, пух, рога, копыта, щетина, волос, шерсть и др.), неиспользуемые для других целей. Исключительно высокая биологическая ценность белков животного происхождения определяет их особое место в кормовых рационах для скота и птицы. Как добавки они восполняют недостаток белковых веществ в растительных кормах, улучшают их усвояемость при скармливании. Эти корма, сбалансированными по белку — одно из направлений решения задачи повышения продуктивности скота и птицы.

Ученые всего мира и нашей страны разработали массу способов переработки кератиносодержащих отходов и получения из них ценных продуктов: удобрения, ветеринарные и косметические препараты, питательные среды, корма для животных. Эти препараты пользуются большим спросом, так как содержат натуральные компоненты, не вызывая отрицательной реакции организма и быстро усваиваясь им. Благодаря этим качествам они имеют высокую рыночную стоимость. Поэтому необходимо использовать любую возможность в разработке новых путей переработки кератиносодержащих отходов и совершенствованию уже существующих.

Важным направлением в современной биологии являются исследования, направленные на расширение  возможностей переработки белоксодержащего сырья живого происхождения  с целью обеспечения экологичности  производства за счёт создания безотходных и малоотходных технологий при максимальном вовлечении побочных продуктов  переработки  в основное производство.

1 Характеристика  данного вида скота  или побочных продуктов убоя

Существенным ресурсом расширения кормовой базы сельскохозяйственных предприятий является кератинсодержащее сырьё: рог, копыта, щетина, шерсть, малоценное перо, волос и другое. Ресурсы кератисодержащего сырья мясной промышленности составили в 2012г. 42,96 тыс. т, в том числе рого-копытного-30,16тыс.т, а в 2013г соответственно 45,07 и 30,97тыс. т.

Шерсть и щетина представляют собой ценный побочный продукт кожевенного и овчинно-шубного производства. Большое количество отходов образуется при обработке шкур на кожевенных заводах: лапы, лобаши, мездра-стружка, высечка хромовых, подкожных и жестких кож, хромовая обрезь, мелкий и средний лоскут и пр. Общее количество этих отходов достигает 50 % массы обрабатываемых шкур.

Значительным ресурсом непищевых отходов животного происхождения являются отходы, получаемые  на мясокомбинатах.

Качество и количество кератинсодержащего зависит от климатических условий, условий содержания, состояния, породы, пола, массы животного и от времени убоя.

 Непищевые  отходы  в зависимости от морфологического  состава  и назначения подразделят  на четыре группы. К четвертой  группе относят кератинсодержащее сырьё: малоценное перо, подкрылок, отходы рого – копытного и перопухового сырья. В зависимости от вида переработанного скота получают различное количество непищевых отходов. Эти виды сырья отличаются большой устойчивостью к воздействию внешних факторов, механической прочности, эластичностью. Под действием нагревания кератинсодержащее сырьё приобретает эластичность. Преобладающим структурным и химическим компонентом  перечисленных выше побочных продуктов является фибриллярный белок – кератин. Наибольшая ценность данного сырья связана с наличием содержания в них аминокислот  и метионина[Карова С,С 1979; Сапожникова А.И 1997; Соболева А.В 2004; Шамханов  Ч.Ю 2004; Шестаков С.С 1979 ].

Количество кератина в покровных тканях животных и птиц доходит до 55-87%. Кератин характеризуется ограниченной растворимостью в воде, растворах солей, спиртах и других органических растворителях, высокой устойчивостью к действию химических реагентов и ферментных препаратов. В чистом кератинсодержащем сырье влажностью 10-15 % содержание белка достигает 80-85 %. Это сырье представляет собой природный концентрат белка с благоприятным соотношением аминокислот, в том числе и незаменимых . По соотношению незаменимых аминокислот кератин аналогичен мясу, по содержанию лизина превосходит молоко .

Кератины относятся к группе склеро протеинов или структурных белков и представляют основную массу вещества таких натуральных продуктов животного происхождения как шерсть, волос, пух, перо, рога, щетина и копыта. Высокое содержание серы отличает кератин от белков других групп. Учитывая это кератинсодержащее сырьё используют в качестве кормовой добавки. По определению И.В. Петрухина, под кормовыми добавками следует понимать любые дополнители к рациону, регулирующие количество и соотношение в нем питательных веществ, а также обеспечивающие наивысшую продуктивность животных.

  Кормовые добавки  вводят в состав рационов из  натуральных кормов, а также в  состав комбикормов, белково-витаминных  добавок, премиксов. Корма животного происхождения используют в основном в качестве белковых кормовых добавок. Растительные же корма являются дешевым источником белка, но уступают животным кормам по содержанию незаменимых аминокислот. Биологическая роль этих аминокислот определяется тем, что они входят в состав всех важнейших белков в организме животных, но в нем не синтезируются и другими аминокислотами не заменяются. Из двадцати аминокислот, входящих в состав большинства белков, десять (лизин, метионин, триптофан, валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, гистидин, аргинин, треонин) незаменимы в питании. Первые три из них являются критическими (лимитирующими, наиболее дефицитными в составе рационов), так как в злаковых кормах их больше всего не достает.

 Белковые кормовые добавки характеризуются высоким содержанием протеина и его биологической полноценностью, в них содержится высокоценный по аминокислотному составу белок. Поэтому их применяют при производстве комбинированных кормов для регулирования аминокислотного состава.

Кератины являются белками, наиболее устойчивыми к химическим воздействиям, и без специальной обработки не могут использоваться в качестве кормового продукта. Этот белок практически неусвояем животным и человеком. Переварить кератин способны немногие животные, например платяная моль (личинки) или пухоеды. Пищеварительная система животных не способна к деполимеризации кератинов, поэтому использование нативного сырья невозможно. Необходима разработка специальных технологических приёмов, обеспечивающих перевод кератинов в усвояемую форму. В рацион животных кератины могут быть введены в виде гидролизата, в котором молекулы белка расщеплены до полипептидов, растворимых в воде и легко перерабатываемых ферментами пищеварительной системы. В организме животного кератин синтезируется из аминокислот, имеющих амфотерный характер.

2 Характеристика химического состава и пищевой ценности мясосырья из данного вида скота  или побочных продуктов убоя скота

Химический состав рогов и копыт КРС и МРС, волоса, пера представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав рогов и копыт КРС и МРС, волоса и пера

Кератинсодержащее сырье содержит от 13,7 до 14,4% азота или 85,6- 90,0% сырого протеина. Фосфорного ангидрида и оксида кальция больше всего содержится в копытах свиней и рогах крупного рогатого скота, а оксида калия – в копытах крупного рогатого скота; в рогах крупного рогатого и мелкого рогатого скота обнаружены только ее следы. Полный элементарный состав кератина рогов и копыт крупного рогатого скота приведены в таблице 2.

  В его состав входят  кальций и калий, причём из  всех кретоновых образований  наибольшее количество кальция  находится  в шерсти крупного  рогатого скота. Уровень  содержания  серы  в кератинах зависит от  питания животных, потому что  разные виды кератинов имеют  различное соотношение богатых  и бедных  серой фракций.

Таблица 2- Полный элементный состав кератина рогов и копыт крупного рогатого скота

Продолжение таблицы 2

Аминокислотный состав кератина содержит все незаменимые аминокислоты, причём в незначительных количествах. Аминокислотный состав кератина различных видов сырья представлен в таблице 3.

Таблица 3- Аминокислотный состав кератина различных видов сырья,%

Известно, что  остатки  аминокислот в белках соединяются друг с другом по средствам пептидной связи, образуя так называемые полипептидные цепочки, агрегацируя, формируют макромолекулы белка.

Аминокислотный состав кератина состоит из 19 аминокислот. Среди них нет оксипролина и оксилизина, которые являются основными аминокислотами коллагена, а вместо них присутствуют серосодержащие аминокислоты цистин и цистеин .

 Аминокислотный состав  изменяется в зависимости от  типа кератина. Особенностями аминокислотного  состава кератина являются:

1)  значительное содержание  серосодержащих аминокислот цистина и цистеина (для твердых кератинов):

NH2   NH2NH2

|                                             |                                  |

HC – CH2 – S – S – CH2 – CH                             HC – CH2 - SH

|                                             |                                  |

COOHCOOHCOOH

Цистин                                                                  Цистеин

2) большое  содержание  моноаминодикарбоновых  и диаминомонокарбоновых кислот;

3) значительное количество  оксикислот (серина и треонина);

4) отсутствие оксипролина;

5) очень малое количество  оксилизина  (некоторые исследователи его в кератине не обнаружили).

В структуре кератина присутствуют три вида связей:                                                               1. Водородные связи – представляют собой взаимодействие между NH2 и  СООН группами. Энергия водородных связей мала (6-8 ккал/моль) и разрушается под действием гидротермических нагрузок и щелочей. Эти связь являеются обратимыми, их количество в структуре очень велико и они выполняют стабилизирующую функцию.

2. Электровалентные (ионные) связи. Энергия этих связей в десять раз больше (80-100 ккал/моль) и они разрушаются при температуре более  60-70 °С и действии кислот. Эта связь также является обратимой.

3. Ковалентные связи -   -- CO – NH –

К ним относят: пептидную, амидную и дисульфидную связи.

На строение и свойства кератина, а также на изменения его при различных обработках влияет взаимодействие между главными цепями. Главными молекулярными цепями кератина являются цепи, образованные аминокислотными остатками, соединенные пептидными связями. Взаимодействие между цепями может осуществляться с помощью водородных связей непосредственно между =СО и =N—Н группами пептидных связей соседних цепей, а также между боковыми цепями, активные группы которых могут образовывать водородные, электровалентные и ковалентные связи.

Химическая  активность   кератина   связана   в значительной мере с содержанием цистина, который легко восстанавливается, окисляется и гидролизуется, образуя разнообразные продукты реакции. Дисульфидные связи существенно влияют на физико-механические   свойства   волокон.   Кроме   того,   цистин   может также участвовать в образовании связей в одной и той же пептидной цепи. Такой цистиновый остаток называют инсулиноподобным. Дисульфидная группа в этом случае не образует поперечную связь, а является дополнительной связью в одной полипептидной цепи, размещаясь параллельно ее оси.

На основании рентгеноструктурного анализа рядом зарубежных и отечественных ученых был сделан вывод, что кератин может существовать в трех формах: a-, b- и сверхсокращенной, которые прежде всего различаются длиной цепи.

Таким образом, для использования кератинсодержащего сырья в кормовых целях в молекуле белка необходимо разрушить дисульфидные связи, что приводит к повышению реакционной способности кератина. В результате образуются полипептиды, растворимые в воде, которые в организме животного легко подвергаются действию пищеварительных ферментов. Одним из способов является гидролиз сырья, под которым понимают разложение веществ, проходящее с обязательным участием воды. Продукты гидролитического расщепления белков являются гидролизатами. При гидролизе белка происходит разрыв длинных полипептидных цепочек вплоть до отдельных аминокислот. Белковые гидролизаты из кератинсодержащего сырья нашли широкое применение, как в нашей стране, так и за рубежом. Используют гидролизаты в разных целях: в кормопроизводстве, в косметике, в медицине, в пищевой промышленности, для производства клея, пластмасс и искусственного волокна, для получения пептона, эмульсий, противопожарных смесей, в литейном производстве и др.

Являясь источниками кормового белка, гидролизаты из кератинового сырья обладают высокой переваримостью (75-90 %). Большой опыт использования кератина на кормовые цели накоплен в США, ГДР, Чехии и других странах. Кормовые добавки из рого-копытного сырья, по данным В.И. Ивашова, в США запатентован способ получения кормовой композиции на основе гидролизата кератинсодержащего сырья (рого-копытного). Кератиновая мука (из рого-копытного и другого сырья), имеет химический состав полученного гидролизата: белок 72,77-74,34 %; влага 1,2-1,94 %; зола 24,46-25,29 %; натрий хлористый 18,29-20,33 %; азот общий 11,02-11,60 %; азот аминный 0,77-0,80%. Растворимость гидролизата -92,6-96,7 %. Выработанная по этой технологии кератиновая мука соответствует по качественным показателям и биологической ценности мясокостной муке II сорта .

Известно производство мясокостной муки с использованием рого-копытного сырья: высушенную массу гидролизата добавляют в количестве 7 % к мясокостной шкваре при дроблении. Кормовой гидролизат, полученный ферментативным методом, по данным В.И. Ивашова, можно использовать для замены 15 % (по протеину) мясокостной муки. В гидролизате присутствует полный набор незаменимых аминокислот. Химический состав гидролизата характеризуется следующими данными: влага-5 %; протеин-75 %; зола-3 %; карбамид-0,44 %; аминный азот-1,71 %. Выход готового продукта составляет 70-75 %.  Аминокислоты присутствуют в количестве 90-97 г на 100 г протеина, в том числе незаменимые - до 39 г. Концентрат хорошо усваивается организмом, особенно свиней, обладает высокой биологической ценностью и рекомендован для замены дорогостоящих протеинов в рационах животных.

3 Влияние используемых  технологических приемов, режимов  на качество конечной продукции  при переработке скота  или побочных продуктов убоя

Существует ряд методов переработки кератинсодержащего сырья, позволяющих получать белковые гидролизаты с высокой биологической ценностью.     Учеными разных стран мира разработано и запатентовано большое количество способов переработки кератинсодержащего сырья в пищевые и кормовые продукты.

 Водный гидролиз применяют для получения рога-копытной муки для нужд металлургической  и машиностроительной промышлености… для этого рога и копыта промывают в течение 5-8 минут проточной подогретой до 40-60 0С водой в центрифуге или барабане. Затем отходы загружают в горизонтальный вакуумный котел (из расчёта 800-1000кг в котле объёмом 4,6 м3 ) и заливают водой до их полного покрытия. Стерилизацию и гидролиз  рога-копытного сырья ведут при температуре 130-1400С в течение 4-5 часов. Сушку гидролизной массы ведут по общепринятой технологии.

Кислотный гидролиз применяют для получения аминокислот. Гидролиз проводят в элементарных реакторах. Предварительно  отходы промывают водой, загружают в реактор и заливают 28%-ной технической соляной  кислотой и водой в соотношении: на одну весовую часть сырья расходуют одну объемную часть кислоты и такое же количество воды. Рого-копытное сырьё гидролизируют при температуре 115-1200С в течении 4-6 часов при непрерывном перемешивании. Гидролиз подвергают упариванию и выделяют  аминокислоты, которые  представляют собой белые кристаллики, используемые в рационах сельскохозяйственных животных, в фармацевтической и пищеварительной промышлености.

Щелочной гидролиз осуществляет с помощью гидроксида натрия, калия, кальция с целью использования конечного продукта для изготовления кератинового клея, связывающих материалы литейных форм, органо-минерального удобрения, пеногасителя и др. щелочной гидролиз проводят двумя способами.   

И так, для переработки кератинсодержащего сырья применяют его измельчение в порошок, взаимодействие с химическими веществами, ферментами и тепловой обработкой. Повышение способности кератинов вступать в реакцию связано с необходимостью разрушения их дисульфатных связей. Это достигается различными способами: нагревом на воде, путём окисления, восстановления и гидролиза. Для растворения кератинов применяют в основном такие окислители, как бром, перекись водорода в щелочной среде. Для гидролитического разложения кератинов применяют термическую обработку в водной среде, растворы минеральных кислот или щелочной, а так же ферментов.

В настоящее время для получения аминокислот и пищевых  продуктов применяют кислотный гидролиз, а для выработки кормового  белка- кислотный и щелочной.

 Рассмотрим способы переработки кератиносодержащего сырья.

Основные технологические способы, применяемые в настоящее время,  представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Основные технологические способы кислотного и щелочного гидролиза кератинсодержащего сырья

 В Болгарии было установлено, что при скармливании житным гидролиза рогов и копыт вместе с кукурузой и ячменной дертью, содержание гидролиза азота устанавливается в организме животного аналогично азоту подсолнечника.

Для получение пищевых продуктов применяет гидролиз кислотный и проводят при температуре 1020С в течение 10часов. Используют как приправу, улучшающую вкусовые качества и повышение питательности пищи.

В Польше для получения белковой кормовой добавки из кератина применяют гидролиз кератиносодержащего сырья с применением гидроокиси кальция в течении 3 ч при давлении 0,2МПа.

В США  получают белки из шерсти, перьев, рогов, копыт и другого сырья путём их гидролиза при температуре 10-700 в жидкой среде, содержащей 0,1-5% протеазы, алифатический спирт, восстановитель дисульфатной связей. Полученный в результате такой обработке белковый продукт используют в качестве корма для домашних животных.