CC BY
41
УДК 664.959.5:[636.084.413:636.5]
М. Е. Цибизова, Д. С. Язенкова, Н. Д. Аверьянова
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ АВТОБИОТРАНСФОРМАЦИИ
РЫБНОГО СЫРЬЯ
Введение
Состояние здоровья населения России в настоящее время характеризуется негативными тенденциями: снижаются показатели физического развития и здоровья детей всех возрастных групп, растут показатели заболеваемости и смертности взрослого населения. Здоровое питание -один из основополагающих факторов профилактики и лечения болезней. Одним из направлений решения проблемы здоровья населения России является производство продуктов питания с заданными функциональными свойствами. Увеличение объема мирового рынка функциональных продуктов питания объясняется потребительским спросом - стремлением к оптимизации здоровья через пищу. Увеличение ассортимента и улучшение качества пищевых продуктов возможно при комплексном использовании сырья животного и растительного происхождения.
Рост потребления рыбных продуктов вызывает необходимость поиска новых путей повышения технико-экономической эффективности производства и улучшения качества готовой продукции. В успешном решении этих задач большая роль принадлежит интенсификации технологических процессов, использованию современных достижений технической биохимии и в частности применению ферментных препаратов для обработки мяса рыбы [1, 2]. С помощью протеолитических препаратов животного, растительного и микробного происхождения за счет частичного расщепления молекул можно улучшить вкус, аромат и консистенцию продукции. Таким образом, использование процессов биотрансформации рыбного сырья позволит задать функциональную направленность производимым продуктам питания.
Процессы биотрансформации сырья могут осуществляться как под действием коммерческих ферментных препаратов, имеющих различное происхождение, так и под действием собственных ферментов сырья. В рыбной промышленности ферментные препараты в основном применяют в производстве пресервов, соленой и копченой продукции, особенно из новых видов рыб, ранее не использовавшихся или мало пригодных для этих целей. Наиболее экономически выгодны технологические процессы, протекающие под действием собственных ферментов системы, однако их отличает достаточно высокая продолжительность, что обусловливает необходимость их интенсификации. Наряду с использованием ферментов протеолитического действия, в производстве рыбных продуктов делаются попытки использовать бактериальные культуры микроорганизмов, содержащие молочнокислые бактерии. Их применение в отдельных случаях позволяет увеличить сроки хранения продукта путем подавления микроорганизмов, неспособных к росту в кислой среде (например, гнилостных бактерий) и улучшить органолептические показатели готовых продуктов. Однако влияние этой группы микроорганизмов на структурные показатели мяса рыбы изучено недостаточно. Недостаточно изучено и совместное действие про-теолитических препаратов и молочнокислых бактерий на технологические свойства сырья, а также на структурные и вкусоароматические характеристики рыбных продуктов. Соответственно возникает вопрос о возможности изменения структуры и вкусоароматических свойств фарша под действием этих ферментов и молочнокислых микроорганизмов и изготовлении формованных продуктов на его основе [1, 3, 4].
В связи с вышеизложенным целью исследований являлось изучение возможности интенсификации процессов автобиотрансформации рыбного сырья.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
- определение возможности ускорения процессов автобиотрасформации рыбного сырья и установление оптимальных режимов данного процесса;
- изучение химического состава полученного продукта и определение путей его использования.
В качестве объектов исследования рассматривались густера, красноперка, окунь (рыбное сырьё Волго-Каспийского бассейна), а также молочная сыворотка (гидромодуль).
Значительная часть (до 70 %) заготовляемого молока используется при производстве таких продуктов, как сыр, творог, белковые концентраты, казеин и др. Необходимость производства этих продуктов обусловлена их биологическими, пищевыми и вкусовыми достоинствами, полезными потребительскими свойствами, особенностями применения. Как правило, полученные продукты характеризуются более длительными сроками хранения по сравнению с исходным молоком. При их производстве образуются побочные продукты, которые также необходимо направлять на переработку.
Направленное энергетическое воздействие на молоко как сложную полидисперсную систему приводит к его разделению на белково-жировой концентрат (сыр, творог, казеин) и фильтрат (молочная сыворотка). Молочная сыворотка является нормальным побочным продуктом при производстве сыров, творога, молочно-белковых концентратов и может быть отнесена ко вторичным сырьевым ресурсам молочного подкомплекса агропромышленного комплекса [3].
В истинных растворах растворенные вещества находятся либо в молекулярнодисперсном, либо в ионно-дисперсном состоянии. В молочной сыворотке лактоза и водорастворимые витамины присутствуют в молекулярном распределении, в то время как соли электролитически диссоциированы и образуют гидратированные ионы. Истинно растворимые составные части придают молочной сыворотке определенные свойства, которые зависят от концентрации составных частей и характерны также для полидисперсной системы молока, причем эти свойства частично ослабляются или усиливаются в зависимости от коллоидно-дисперсного или эмульгированного состояния присутствующих составных частей. Истинно растворимые частицы обусловливают, в частности, осмотическое давление, осмотические явления снижения температуры замерзания и повышения температуры кипения, а также электропроводность молока [3]. Молекулярно-дисперсное состояние лактозы и водорастворимых витаминов, коллоидно-дисперсное состояние сывороточных белков молочной сыворотки позволит использовать молочную сыворотку как реакционную среду для протекания ферментативных реакций, сущность которых заключается во влиянии фермента на конформацию субстрата и переводе его в напряженное состояние, способствующее протеканию реакции.
Содержание основных компонентов молочной сыворотки в сравнении с их содержанием в цельном и обезжиренном молоке и пахте показано в табл. 1 [3].
Таблица 1
Содержание основных компонентов в цельном, обезжиренном молоке, пахте и молочной сыворотке, %
Компоненты Сырье
Цельное молоко Обезжиренное молоко Пахта Молочная сыворотка
Сухое вещество В том числе: жир белки (азотистые вещества) лактоза минеральные вещества 12,5 8,8 9,2 6,3
3,6 0,05 0,5 0,2
3,2 3,2 3,2 0,8
4,7 4,7 4,7 4,7
0,7 0,7 0,7 0,6
Состав молочной сыворотки колеблется в значительных пределах; состав подсырной сыворотки зависит от вида сыра и его жирности; творожной - от способа производства творога и его жирности [3]. Молочная сыворотка является молочно-белковым лактозосодержащим сырьем. Белки, содержащиеся в молочной сыворотке, относятся к наиболее ценным белкам животного происхождения, являясь источником многих незаменимых аминокислот. Лактоза представляет собой уникальный вид сахара, который в природе больше нигде не встречается. Кроме того, молочная сыворотка может выступать в качестве консервирующего вещества, имея слабокислое рН. Таким образом, молочная сыворотка является достаточно ценным компонентом пищевого продукта, что позволяет использовать ее в качестве гидролизующего агента при получении белковой массы.
Технология получения белковой массы рассматривалась при различных технологических режимах, протекающих в присутствии воды в качестве гидромодуля [6, 7]. При рассмотрении возможности использования вторичных материальных ресурсов для интенсификации автобиотех-
нологической переработки рыбного сырья в качестве гидромодуля применялась молочная сыворотка в соотношении 1 : 0,5 и 1 : 1. Интенсивность протекающих процессов рассматривалась при заданном гидромодуле при различных значениях температуры и продолжительности процесса. Расчет глубины гидролиза (ГГ) по динамике азота концевых аминогрупп, определяемого по модифицированной методике Черногорцева, фиксировал степень биотрансформации рыбного сырья.
Планируемый эксперимент по определению оптимальных условий автобиотрансформации рыбного сырья является трехфакторным. Таким образом, суммарное число опытов для проведения одного эксперимента - 20, количество опытов в центре плана - 6, звездное плечо составляет 1,682 [5].
Концентрация вносимого гидромодуля (молочной сыворотки) находится в диапазоне от 50 до 100 % к массе смеси, продолжительность проведения гидролиза - от 1,3 до 5 часов, температура - от 30 до 65 °С. В табл. 2 приведена схема планирования трехфакторного эксперимента в зависимости от величины звездного плеча и факторов эксперимента.
Таблица 2
План эксперимента ферментативного гидролиза рыбного фарша
Фактор Вероятное значение
-1,682 -1 0 1 1,682
Х\, температура, °С 18,065 30 47,5 65 76,935
Х2, продолжительность, ч 0 1,3 3,15 5 6,2617
Х3, концентрация гидромодуля, % 32,95 50 75 100 117,05
Регрессионно-корелляционый анализ экспериментальных данных на персональном компьютере с помощью опции «Поиск решения» программного обеспечения 81а18ой 81ай8йса 6.0 позволил получить адекватные уравнения регрессии, описывающие изменения основных показателей, свидетельствующих о количественно-качественном составе продукта гидролиза рыбного сырья при различных режимах ферментативной обработки.
В результате обработки экспериментальных данных были получены массивы данных, отражающие уравнения регрессии общего вида и показывающие зависимость глубины автолиза в продукте ферментативного гидролиза рыбного сырья в зависимости от продолжительности процесса, концентрации гидромодуля и температурного режима. На рис. 1, 2 показана интенсивность процесса автобиотрансформации рыбного сырья при гидромодуле 1 : 0,5 и 1 : 1 соответственно.
ГГ, % = -3,6362 + 0,3501 + 1,8746*у - 0,0034*Л -0,0027*ж*у - 0,1251*у*у ГГ, % = -3,6362 + 0,3501* х + 1,8746*у - 0,0034*Л -0,0027*х*у - 0,1251*у*у
7 . . |. . ^ ' , .ц
га 6
о о и
о 5
Ер
(3 4
0
в
е 3
и
1 2
§
^ 1
& 1
^ 0
□ 8° О 6
О 4
О 2 О ° О -2
X, температура
а б
Рис. 1. Зависимость изменения глубины автобиотрансформации рыбного сырья при гидромодуле 1:0,5: а - поверхность отклика; б - изолинии сечений поверхности отклика
-1
Согласно полученным данным, динамика ГГ подтверждает, что первая фаза процесса авто-протеолиза характеризуется относительно высокой скоростью, т. к. дезагрегированные белки тотчас же подвергаются дальнейшему превращению до низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот. Дальнейшее протекание процесса автопротеолиза характеризуется ростом ГГ, скорость протекания которого остается практически неизменной, т. к. в этот период происходит более глубокое дезагрегирование белковых веществ до низкомолекулярных продуктов гидролиза [1, 6, 7].
іїУш- = -47,0459+ 1.998**+ 8,7157*у-0,0194*х*х-0,0198*х*у-0,6708*у*у ГГ, % = -47,0459 + 1,998*1 + 8,7157*у - 0,0194**** - 0,0198*х*у - 0,6708*у*у
Рис. 2. Зависимость изменения глубины автобиотрансформации рыбного сырья при гидромодуле 1 : 1: а - поверхность отклика; б - изолинии сечений поверхности отклика
Анализ данных на рис. 1, 2 показывает интенсификацию процесса биотрансформации белков рыбного сырья в присутствии молочной сыворотки. Это связано с созданием оптимальных условий для деятельности протеолитических ферментов мышечной ткани, т. к. ферменты обладают большой лабильностью, которая зависит от ряда факторов, в том числе и рН. Использование молочной сыворотки увеличивает ГГ на 20-30 %. Более интенсивно процесс расщепления идет при гидромодуле 1 : 1, что связано с более низким значением рН (рН-4,9 ± 0,2), чем при гидромодуле 1 : 0,5 (рН-5 ,3 ± 0,1). Более низкое значение рН активизирует деятельность катепсинов мышечной ткани, приближая значение активной кислотности к оптимальной.
Варьирование температуры также оказывает свое действие. В процессе воздействия температуры 30-35 °С практически не наблюдается существенных различий ГГ, т. к. идет вполне закономерный процесс перехода неактивных форм пептидгидролаз в активное состояние. Скорость такого перехода увеличивается при температуре от 40 °С и выше и достигает своего оптимума при температуре 50-55 °С. С повышением температуры до 60 °С происходит снижение интенсивности процесса биотрансформации, т. к. термическое воздействие на ферменты, имеющие белковую природу, приводит к их постепенной тепловой инактивации. Кроме того, инактивация ферментов вызывается деструкцией фермента, обусловливающей непрерывное уменьшение концентрации активного фермента.
В ходе исследований был изучен химический состав полученной белковой массы, рассчитана энергетическая ценность и коэффициент пищевой насыщенности (табл. 3).
Таблица 3
Химический состав белковой массы
Продукт Компонент, % Коэффициент пищевои насыщенности Энергетическая ценность, ккал/100 г
Вода Белок Жир Минеральные вещества
Белковая масса 63,0 ± 0,8 35,7 ± 0,5 0,5 ± 0,1 0,8 ± 0,2 0,6 154
Согласно данным табл. 3, белковая масса отличается достаточно высоким содержанием белка, низким содержание жира, что практически не окажет негативного воздействия на органолептические показатели качества белковой массы в процессе хранения и позволит использовать её как основную составляющую пищевой продукции с улучшенными функциональнотехнологическими свойствами. Кроме того, частичная ферментация белка рыбного сырья позволит повысить усвояемость того продукта, основой которого станет белковая масса. По полученному коэффициенту пищевой насыщенности белковую массу можно отнести к средненасыщенным продуктам, что подтверждает возможность повышения пищевой ценности комбинированных продуктов [1, 6].
Заключение
Таким образом, автобиотрансформация сырья - важный процесс, в ходе которого компоненты продукта, содержащие необходимые для развития человека и животных химические и биологически активные вещества, должны быть максимально приспособлены к физиологическим потребностям объекта и удовлетворять требованиям, предъявляемым к функциональным продуктам. Установление параметров биотрансформации сырья животного происхождения, изучение молекулярно-массового и минерального состава белковых компонентов с уровнем биоконверсии, соответствующих особенностям пищеварения различных живых систем, вводимых в состав продуктов, позволят сформировать новые принципы их применения и разработать методологические принципы создания комбинированных продуктов функционального назначения.
В ходе исследований установлена возможность интенсификации ферментативного процесса при использовании молочной сыворотки в качестве гидромодуля при создании оптимальных условий для деятельности протеолитических ферментов мышечной ткани. Полученная белковая масса отличается достаточно высоким содержанием белка и низким содержанием жира, что практически не оказывает негативного воздействия на органолептические показатели массы в процессе хранения и позволяет использовать ее как основную составляющую пищевой продукции. Кроме того, частичная ферментация белка рыбного сырья позволит повысить усвояемость продукта, основой которого явится белковая масса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Биотехнология морепродуктов / Л. С. Байдалинова, А. С. Лысова, О. Я. Мезенова и др. - М.: Мир, 2006. - 560 с.
2. Грачева И. М. Технология ферментных препаратов. - М.: Элевар, 2000. - 303 с.
3. Храмцов А. Г., Нестеренко П. Г. Технология продуктов из молочной сыворотки: учеб. пособие. -М.: ДеЛи принт, 2001. - 588 с.
4. Кислухина О. В. Ферменты в производстве пищи и кормов. - М.: ДеЛи принт, 2002. - 336 с.
5. ГрачёвЮ. П. Математические методы планирования эксперимента. - М.: Пищ. пром-сть, 2005. - 200 с
6. Черногорцев А. П., Разумовская Р. Г. Технология получения новых белковых продуктов: учеб. пособие для вузов. - Мурманск, 1999. - 76 с.
7. Черногорцев А. П. Переработка мелкой рыбы на основе ферментирования сырья. - М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 90 с.
Статья поступила в редакцию 20.03.2009
INTENSIFICATION OF THE PROCESSES OF AUTOMATIC BIOTRANSFORMATION OF FISH RAW MATERIAL
M. E. Tsibizova, D. S. Yazenkova, N. D. Averianova
The case of intensification of enzymatic process using lactosérum as a water duty during the process of creation optimum conditions for proteolytic muscular tissue enzymes functioning has been set. The received albuminous mass is noted for considerably high maintenance of albumen and low maintenance of fat that practically do not affect upon organoleptic performance of albuminous mass during storage and allows using albuminous mass as a basic component of food products. Besides, partial fermentation of fish raw material albumen will allow raising product assimilability, the basis of which will be albuminous mass.
Key words: lactoserum, biotransformation, autolysis, albuminous mass.
