4.3.3. Пищевые системы
Научная статья
УДК 665.213.4
DOI: doi.org/10.48612/dalrybvtuz/2025-71-07
EDN: IRQONY
Сравнительная оценка способов извлечения из вторичного рыбного сырья жира, предназначенного для синтеза продуктов биотехнологии
Ольга Яковлевна Мезенова
Калининградский государственный технический университет, Калининград, Россия,
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой пищевой биотехнологии, Заслуженный работник рыбного хозяйства РФ, Заслуженный работник высшей школы России, академик Международной академии холода, ORCID: 0000-0002-4716-2571
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Светлана Викторовна Агафонова
Калининградский государственный технический университет, Калининград, Россия,
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры пищевой биотехнологии, член-корреспондент Международной академии холода, ORCID: 0000-0002-5992-414X
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Наталья Юрьевна Романенко
Калининградский государственный технический университет, Калининград, Россия,
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры пищевой биотехнологии, член-корреспондент Международной академии холода, ORCID: 0000-0002-7433-7189
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Наталья Сергеевна Калинина
Калининградский государственный технический университет, Калининград, Россия,
заведующий лабораториями кафедры пищевой биотехнологии, ORCID: 0000-0003-0942-5411
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Владимир Владимирович Волков
Калининградский государственный технический университет, Калининград, Россия,
директор Центра передовых технологий использования белков кафедры пищевой биотехнологии, ORCID: 0000-0001-5560-7131
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Аннотация. Рыбный жир является перспективным источником углерода для микробного синтеза продуктов биотехнологии. От других жиров рыбный жир отличается повышенным содержанием ценных длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот и нестойкостью в хранении. Перспективным источником жира являются отходы от разделки рыбы, количество которых достигает 30–50 % от массы сырья. Целью исследования являлось обоснование рациональных способов и режимов извлечения жира из рыбных отходов с учетом специфики их состава и повышенного содержания коллагенсодержащих и высокоминерализованных тканей. Проведены сравнительные исследования трех способов выделения жира из наиболее массовых жиросодержащих рыбных отходов Калининградского региона (головы копченой кильки, головы скумбрии, внутренности судака). Рассмотрены термический, ферментативный и комбинированный (сочетание предварительной обработки ультразвуком с последующим термическим воздействием) способы получения жира. Получены математические модели процессов экстракции жира, связывающие степень извлечения жира и показатели его гидролитической и окислительной порчи с основными факторами, на основе которых определены оптимальные значения температур, продолжительности обработки, дозировки фермента и времени ферментолиза. Наиболее высокий выход жира и приемлемые показатели качества получены при ферментативном воздействии на все виды сырья препаратом алкалаза. Наименьший выход жира и повышенный уровень порчи установлены при комбинированном способе извлечения из всех видов сырья, при этом ультразвук способствовал эмульгированию и окислению жира. Наилучшие показатели качества по значениям кислотного, перекисного и тиобарбитурового чисел установлены в жире, извлеченном термическим способом из голов копченой кильки. Наиболее высокие показатели гидролитической и окислительной порчи имели жиры из голов скумбрии, полученные всеми способами экстракции. Все рыбные жиры были положительно апробированы в Институте биофизики СО РАН в биотехнологическом синтезе белков одноклеточных и биоразлагаемых пластиков – полигидроксиалканоатов.
Ключевые слова: рыбный жир, вторичное рыбное сырье, продукты биотехнологии, способ извлечения жира, ферментолиз, термолиз, ультразвук, кислотное число, перекисное число, тиобарбитуровое число
Финансирование: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-64-10007, https://rscf.ru/project/23-64-10007/.
Список источников
1. Боева Н. П., Бредихина О. В., Петрова М. С., Баскакова Ю. А. Технология жиров из водных биологических ресурсов : монография. М. : Изд-во ВНИРО, 2016. 107 с.
2. Разработка технологии получения жира из жиросодержащих отходов переработки промысловых рыб Волжско-Каспийского бассейна / М. Д. Мукатова, Н. А. Киричко, М. С. Моисеенко, С. А. Соколов // Изв. ТИНРО. 2018. Т. 193. С. 211–222. DOI: 10.26428/1606-9919-2018-193-211-222.
3. Loan T. T., Trang D. T. Q., Huy P. Q., Ninh P. X., Thuoc D. V. Fermentation process for the production of poly(3-hydroxybutyrate) using waste cooking oil or waste fish oil as a low-cost carbon substrate. Biotechnol. Rep. 2022. Р. 33.
4. Жила Н. О., Волков В. В., Мезенова О. Я., Киселев Е. Г., Волова Т. Г. Отходы рыбопереработки – перспективный субстрат для синтеза целевых продуктов биотехнологии // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология. 2023. Т. 16, № 3. С. 386–397.
5. Thuoc D. V., My D. N., Loan T. T., Sudesh K. Use of fish oil and glycerol waste as carbon sources for the production of polyhydroxyalkanoate Salinivibrio sp. M318. Int. J. Biol. Macromol. 2019. 141. Р. 885–892.
6. Thuoc D. V., Anh V. T. Bioconversion of crude fish oil to poly-3-hydroxybutyrate by Ralstonia sp. M91. Appl. Biochem. Microbiol. 202 , 57. Р. 219–225.
7. Volova T., Sapozhnikova K., Zhila N. Cupriavidus necator B-10646 growth and polyhydroxyalkanoates production on different plant oils // International Journal of Biological Macromolecules. 2020. № 164. Р. 121–130.
8. Zhila N.O., Kiselev E.G., Volkov V.V., Mezenova O.Ya., Sapozhnikova K.Yu., Shishatskaya E.I., Volova T.G. Properties of degradable polyhydroxyalkanoates synthesized from newwaster fish oils (WFO). Int. J. Mol. Sci. 2023; 24(16): Р. 1–18. DOI: 10.3390/ijms241914919.
9. Дамбарович Л. В., Агафонова С. В. Ферментативная экстракция жира из вторичного сырья атлантической скумбрии и его использование в функциональном питании // Вестник Международной академии холода. 2022. № 2. С. 48–55. DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-2-48-55
10. Aitta E., Marsol-Vall A., Damerau A., Yang B. Enzyme-Assisted Extraction of Fish Oil from Whole Fish and by-Products of Baltic Herring (Clupea harengus membras). Foods. 2021; 10(8): 1811. DOI: 10.3390/foods10081811.
11. Aitta E., Damerau A., Marsol-Vall A., Fabritius M., Pajunen L., Kortesniemi M., Yang B. Enzyme-assisted aqueous extraction of fish oil from Baltic herring (Clupea harengus membras) with special reference to emulsion-formation, extraction efficiency, and composition of crude oil. Food Chemistry. 2023; 424: 136381. DOI: 10.1016/j.foodchem.2023.136381.
12. Хмелев, В. Н. Ультразвуковая кавитационная обработка вязких и дисперсионных жидких сред / В. Н. Хмелев, С. С. Хмелев, Р. Н. Голых, А. В. Шалунов // Ползуновский вестник. 2014. Т. 2, № 4. С. 110–115.
13. Потороко И. Ю., Калинина И. В., Фаткуллин Р. И., Иванова Д., Киселова-Канева Й. Д. Результаты влияния кавитационных эффектов ультразвука на степень экстракции биологически активных веществ из растительного сырья // Аграрный вестник Урала. 2017. № 10(164). С. 76–83.
14. Елапов А. А., Кузнецов Н. Н., Марахова А. И. Применение ультразвука в экстракции биологически активных соединений из растительного сырья, применяемого или перспективного для применения в медицине // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2021.
№ 10(4). С. 96–116. DOI: 10.33380/2305-2066-2021-10-4-96-116.
15. Обоснование рациональных режимов термического выделения липидов из жиросодержащих рыбных отходов / О. Я. Мезенова, С. В. Агафонов, Н. Ю. Романенко, Н. С. Калинина, В. В. Волков // Рыб. хоз-во. 2023. № 4. С. 103–110. DOI: 10.37663/0131-6184-2023-4-99-106.
16. Исследования по оптимизации ферментативного процесса выделения жира из вторичного рыбного сырья для использования в биотехнологии / О. Я. Мезенова, С. В. Агафонова, Н. Ю. Романенко, Н. С. Калинина, В. В. Волков, Л. В. Дамбарович, Д. С. Федоров, О. С. Федорова, Д. В. Ячников // Вестник Международной академии холода. 2024. № 3. С. 43–55. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-3-43-55.
17. Мезенова О. Я., Агафонова С. В., Романенко Н. Ю., Калинина Н. С., Волков В. В. Исследование процесса выделения жира из отходов рыбопереработки в качестве сырья для биотехнологического синтеза полигидроксиалканоатов // Вестник Международной академии холода. 2024. № 1. С. 50–59. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-1-50-59.
18. Biosynthesis of polyhydroxyalkanoates in Cupriavidus necator B-10646 on saturated fatty acids / N. O. Zhila, K. Y. Sapozhnikova, E. G. Kiselev, E.I . Shishatskaya, T. G.Volova // Polymers. 2024. 16(9). 129. DOI: 10.3390/polym16091294.
© Мезенова О. Я., Агафонова С. В., Романенко Н. Ю., Калинина Н. С., Волков В. В., 2025
Вклад авторов: О. Я. Мезенова – анализ экспериментальных данных, подготовка статьи, С. В. Агафонова, Н. Ю. Романенко, Н. С. Калинина, В. В. Волков – проведение основных экспериментов.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Мезенова О. Я., Агафонова С. В., Романенко Н. Ю., Калинина Н. С., Волков В. В. Сравнительная оценка способов извлечения из вторичного рыбного сырья жира, предназначенного для синтеза продуктов биотехнологии // Научные труды Дальрыбвтуза. 2025. Т. 71, № 1. С. 59–71.
Статья поступила в редакцию 01.03.2025; одобрена после рецензирования 11.03.2025; принята к публикации 17.03.2025.
Original article
Comparative evaluation of methods for extracting fat from secondary fish raw materials intended for the synthesis of biotechnology products
Olga Ya. Mezenova
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia,
Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Food Biotechnology, Honored Worker of the Fisheries of the Russian Federation, Honored Worker of the Higher School of Russia, Academician of the International Academy of Refrigeration, ORCID: 0000-0002-4716-2571
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Svetlana V. Agafonova
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia,
PhD, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Food Biotechnology, Corresponding Member of the International Academy of Refrigeration, ORCID: 0000-0002-5992-414X
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Natalya Yu. Romanenko
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia,
PhD, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Food Biotechnology, Corresponding Member of the International Academy of Refrigeration, ORCID: 0000-0002-7433-7189
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Natalya S. Kalinina
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia,
Head of Laboratories of the Department of Food Biotechnology, ORCID: 0000-0003-0942-5411
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Vladimir V. Volkov
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia,
Director of the Center for Advanced Technologies for the Use of Proteins of the Department of Food Biotechnology, ORCID: 0000-0001-5560-7131
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Abstract. Fish oil is a promising carbon source for microbial synthesis of biotechnology products. Fish oil differs from other fats by its increased content of valuable long-chain polyunsaturated fatty acids and instability in storage. A promising source of fat is waste from fish cutting, the amount of which reaches 30–50 % of the raw material weight. The aim of the study was to substantiate rational methods and modes of extracting fat from fish waste, taking into account the specifics of their composition and increased content of collagen-containing and highly mineralized tissues. Comparative studies of three methods for extracting fat from the most common fat-containing fish waste of the Kaliningrad region (smoked sprat heads, mackerel heads, pike-perch entrails) were conducted. Thermal, enzymatic and combined (a combination of preliminary ultrasound treatment followed by thermal exposure) methods of obtaining fat are considered. Mathematical models of fat extraction processes have been obtained, linking the degree of fat extraction and the indices of its hydrolytic and oxidative spoilage with the main factors, based on which the optimal values of temperature and duration of thermal treatment, temperature, enzyme dosage and duration of enzymolysis have been determined. The highest fat yield and acceptable quality indices have been obtained with the enzymatic action of alcalase on all types of raw materials. The lowest fat yield and an increased spoilage level have been established with a combined extraction method from all types of raw materials, with ultrasound promoting emulsification and oxidation of fat. The best quality indices for acid, peroxide and thiobarbituric numbers have been established in fat thermally extracted from smoked sprat heads. The highest indices of hydrolytic and oxidative spoilage have been found in fats from mackerel heads obtained by all extraction methods. All fish oils have been positively tested at the Institute of Biophysics SB RAS in the biotechnological synthesis of single-cell proteins and biodegradable plastics - polyhydroxyalkanoates.
Keywords: fish oil, secondary fish raw materials, biotechnology products, fat extraction method, enzymolysis, thermolysis, ultrasound, acid number, peroxide number, thiobarbituric number
Fundinng: the study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 23-64-10007, https://rscf.ru/project/23-64-10007/
© Mezenova O. Ya., Agafonova S. V., Romanenko N. Yu., Kalinina N. S., Volkov V. V., 2025
Contribution of the authors: O. Ya. Mezenova – analysis of experimental data, preparation of the article, S. V. Agafonova, N. Yu. Romanenko, N. S. Kalinina, V. V. Volkov – conducting basic experiments.
The authors declare no conflict of interests.
For citation: Mezenova O. Ya., Agafonova S. V., Romanenko N. Yu., Kalinina N. S., Volkov V. V. Comparative evaluation of methods for extracting fat from secondary fish raw materials intended for the synthesis of biotechnology products. Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2025; 71(1): 59–71. (In Russ.).
The article was submitted 01.03.2025; approved after reviewing 11.03.2025; accepted for publication 17.03.2025.