CC BY
60
УДК 639.385(06)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЫБНОЙ ЧЕШУИ В ПИЩЕВЫХ ЦЕЛЯХ
В. И. Воробьев USE OF FISH SCALES FOR FOOD PURPOSES V. I. Vorobyov
Разработан способ переработки рыбной чешуи, позволяющий получать функциональные питьевые напитки, а также пищевые добавки. Способ заключается в том, что рыбная чешуя после промывки водой подвергается термообработке в жидкостях (85 - 100 град С), содержащих, по меньшей мере, один вид органической кислоты (фруктовые, овощные, ягодные соки, молочная сыворотка и др.). Полученная смесь после термообработки фракционируется на жидкую часть, которая охлаждается (функциональный напиток), и твёрдую часть (чешуя после термообработки), которая высушивается и измельчается (пищевая добавка). Представлен химический анализ (общий, аминокислотный, токсичных элементов) образцов сырья (чешуя судака, яблочный сок прямого отжима) и готовой продукции (яблочный сок с продуктами термогидролиза чешуи и пищевая добавка). Определено, что при термической обработке чешуи в жидкости массовая доля белка в яблочном соке увеличилась с менее 0,3 до 4,51, общей золы с 0,2 до 0,4, глицина с менее 0,25 до 1,07, аланина с менее 0,25 до 0,47 %, при уменьшении углеводов с 11,6 до 8,1 %. Содержание токсичных элементов в пищевой добавке не превышало предельно допустимых концентраций для пищевой и кормовой продукции, при этом массовая доля белка по сравнению с исходной чешуёй уменьшилась с 40,99 до 30,87 %, а углеводов увеличилась до 13,4 %. Вовлечение недостаточно используемого рыбного коллагенсодержащего сырья (рыбная чешуя) в промышленное производство способствует расширению линейки новой пищевой коллагенсодержащей продукции, снижению дефицита белка и уменьшению загрязнения окружающей среды.
рыбная чешуя, рыбный коллаген, функциональный питьевой напиток, пищевая добавка, желатин
A method for processing fish scales has been developed allowing to obtain functional drinks, as well as food additives. The method consists in the fact that fish scales, after washing with water, are subjected to heat treatment in liquids (85-100 degrees C) containing at least one type of organic acid (fruit, vegetable, berry juices, milk whey, etc.). The resulting mixture after heat treatment is fractionated into a liquid part, which is cooled (functional drink) and a solid part (scales after heat treatment), which is dried and ground (food supplement). The chemical analysis (total, amino acid, toxic elements) of raw materials (pike perch scales, direct-pressed apple juice) and finished products (apple juice with scales thermo-hydrolysis products and food
supplement) is presented. It has been determined that during heat treatment of flakes in a liquid, the mass fraction of protein in apple juice increased from less than 0.3% to 4.51%, total ash from 0.2% to 0.4%, glycine from less than 0.25% to 1.07%, alanine from less than 0.25% to 0.47%, with a decrease in carbohydrates from 11.6% to 8.1%. The content of toxic elements in the food supplement did not exceed the maximum permissible concentrations for food and feed products, while the mass fraction of protein compared to the original scale decreased from 40.99% to 30.87%, and carbohydrates increased to 13.4%. The involvement of underutilized fish collagen-containing raw materials (fish scales) in industrial production contributes to the expansion of the range of new collagen-containing food products, reduction of protein deficiency and environmental pollution.
fish scales, fish collagen, functional drink, food additive, gelatin
ВВЕДЕНИЕ
Рыбная чешуя, образующаяся при разделке рыбы, в настоящее время мало востребована как сырьё в промышленном производстве (в основном используется при производстве рыбной муки). Некоторое распространение в странах Юго-Восточной Азии имеет непосредственное использование рыбной чешуи, обжаренной во фритюре с добавлением различных пищевых добавок, а также порошков рыбной чешуи, применяемых при приготовлении бульонов, супов, приправ, соусов, желе, формованных рыбных изделий, маринадов [1-3]. Весьма перспективным направлением переработки рыбной чешуи является производство рыбного коллагена (желатина) и их гидролизатов, имеющих повышенный спрос (функциональные продукты питания) ввиду пропаганды здорового образа жизни (основные поставщики Китай, Малайзия, Япония) [4, 5]. Однако, несмотря на значительное количество научных исследований, проводимых в последние 20 лет с целью получения рыбного коллагена (желатина) и их гидролизатов из рыбной чешуи, доля производимого рыбного коллагена (желатина) составляет менее 2 % процентов от общего количества коллагена, производимого в мире (основные источники - шкуры крупного рогатого скота и их кости, свиная кожа) [6, 7].
Основными проблемами переработки рыбной чешуи при получении коллагена (желатина) и их гидролизатов являются:
- значительное видовое разнообразие сырья (необходимость сертификации);
- сырьё является скоропортящимся и требует быстрой обработки;
- необходимость удаления значительного количества "балластных" компонентов сырья (минеральных веществ, неколлагеновых белков и др.);
- наличие рыбного запаха и цветность в готовой продукции;
- пониженные показатели качества и повышенная цена по сравнению с коллагеном животного происхождения.
Решение проблем переработки рыбной чешуи и применение простых экономически приемлемых способов получения коллагена (желатина) и их гидролизатов, а также продуктов на их основе, позволит вовлечь её в промышленное производство и получать конкурентную продукцию пищевого, косметического и иного назначения России на мировом рынке.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектами исследований являлись образцы чешуи судака (Sander lucioperca), яблочный сок прямого отжима, опытные образцы пищевых продуктов (функциональный питьевой напиток, пищевая добавка), полученных в процессе термообработки чешуи в яблочном соке, согласно разработанному способу переработки. Местом проведения исследований являлись лаборатория органической химии КГТУ и лабораторный сертифицированном центр Атлантического филиала ФГБНУ "ВНИРО" ("АтлантНИРО"). Исследование аминокислотного состава образцов проводилось согласно методическим указаниям М-04-38-2009 Корма, комбикорма и сырье для их производства. Методика измерений массовой доли аминокислот методом капиллярного электрофореза с использованием системы капиллярного электрофореза «Капель». Определение общего химического состава образцов сырья и готовой продукции, а также содержание токсичных элементов осуществлялось в соответствии с нормативной документацией, указанной в таблицах ниже.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Коллаген из-за отсутствия и незначительного содержания некоторых аминокислот имеет довольно низкую пищевую ценность, тем не менее после его обработки (гидролиза) биодоступность получаемых продуктов увеличивается, кроме того, они приобретают улучшенные технологические характеристики, позволяющие применять их в качестве пищевых добавок, обладающих различными свойствами и используемых в различных направлениях [8].
Основные этапы процесса получения коллагена (желатина) из рыбной чешуи, как правило, включают: мойку сырья, его предварительную подготовку, экстракцию и очистку коллагена (желатина), их концентрирование и сушку [9, 10]. Полученный жидкий концентрат или порошок далее используют в качестве пищевой или косметической добавки при получении продукции различного назначения.
Технологическая операция предварительной подготовки чешуи (удаление минеральных веществ, неколагенновых белков и др.) сопровождается значительной потерей массы исходного сырья (50 % и более), длительна по времени (может быть несколько суток), требует использования значительных объёмов питьевой воды, что приводит к значительному удорожанию стоимости конечной продукции. Кроме того, в процессе обработки коллагенсодержащего рыбного сырья используются различные химические реагенты (кислоты, щёлочи, ферменты и т.д.), применение которых требует специального оборудования и необходимости их последующей нейтрализации.
Сотрудниками кафедры химии КГТУ разработан способ переработки рыбной чешуи (положительное решение о выдаче патента), исключающий использование сильных кислот и щелочей, дорогостоящих ферментов, значительных объёмов питьевой воды, длительных по времени и энергоёмких многочисленных технологических операций и способствующий сокращению потерь сырья в процессе его обработки.
Сущность способа заключается в том, что рыбная чешуя после мойки (удаление слизи, крови и других органических примесей) проходит кратковременную термообработку в жидкостях (85-100 град С), содержащих, по
меньшей мере, один вид органической кислоты (фруктовые, овощные, ягодные соки, молочная сыворотка и др.), после термообработки полученная смесь фракционируется на жидкую часть, которая охлаждается (функциональный напиток), и термообработанную рыбную чешую, которая высушивается и измельчается (пищевая добавка).
Особенностью способа переработки рыбной чешуи является отсутствие рыбного запаха и вкуса в получаемом функциональном напитке и высушенной пищевой добавке.
Химический анализ (общий, аминокислотный, токсичных элементов) образцов сырья (рыбная чешуя судака (Sander lucioperca), яблочного сока прямого отжима) и готовой продукции (термообработанного с чешуей яблочного сока и термообработанной в яблочном соке чешуи) представлен в табл. 1-4.
Анализ общего химического состава чешуи представлен в табл. 1.
Таблица 1. Общий химический состав чешуи судака (очищенная и очищенная после термообработки в яблочном соке), %
Table 1. General chemical composition of zander scales (peeled and peeled after heat treatment in apple juice), %_
Наименование определяемого показателя, % Очищенная чешуя Очищенная чешуя после термообработки в яблочном соке НД на метод испытаний
Массовая доля влаги 11,30±0,20 8,10±0,10 ГОСТ 7636-85
Массовая доля жира менее 0,1 менее 0,1 ГОСТ 7636-85
Массовая доля белка 40,99±0,70 30,87±0,11 ГОСТ 7636-85
Массовая доля углеводов 0 13,4 Массовая доля углеводов (%) = 100 — Сжира+ Сбелка + Сзолы+ Сводьь где С - содержание
Массовая доля золы 47,70±6,10 47,60±6,10 ГОСТ31727-2012
Массовая доля кальция 21,28±2,12 17,20±1,70 ГОСТ 31466-2012
Массовая доля фосфора 8,60±1,70 5,40±1,10 МУК 4.1.3217-14
Из табл. 1 видно, что в процессе термообработки в чешуе произошло снижение массовой доли белка, кальция и фосфора и увеличение углеводов, перешедших из яблочного сока.
Анализ содержания токсичных элементов очищенной чешуи судака после термообработки в яблочном соке представлен в табл. 2.
Таблица 2. Содержание токсичных элементов очищенной чешуи судака после термообработки в яблочном соке, мг/кг
Table 2. The content of toxic elements of peeled pike perch after heat treatment in apple uice, mg / kg_
Наименование Результаты Допустимые НД на метод испытаний
определяемого показателя определения, мг/кг значения, не более
Свинец 0,33±0,03 5,0 ГОСТ 30178-96
Мышьяк (As) менее 0,01 2,0 ГОСТ 31707-2012
Кадмий (Cd) 0,020±0,002 0,3 ГОСТ 30178-96
Ртуть менее 0,001 0,5 МУК 4.1.1472-03
Медь 0,15±0,54 80 ГОСТ 30178-96
Цинк ^п) 58,4±11,7 100 ГОСТ 30178-96
Из табл. 2 видно, что содержание токсичных элементов в чешуе (конечный продукт) не превышает предельно допустимых концентраций.
Анализ аминокислотного состава очищенной чешуи судака, очищенной и термообработанной чешуи в яблочном соке, яблочного сока и термообработанно-го с чешуёй яблочного сока представлен в табл. 3.
Таблица 3. Аминокислотный состав очищенной чешуи судака, очищенной и тер-мообработанной чешуи в яблочном соке, яблочного сока и термообработанного с чешуёй яблочного сока, %
Table 3. Amino acid composition of peeled pike perch, peeled and heat-treated scales in apple juice, apple juice and heat-treated apple juice scales, %_
Наименование Чешуя Сок Сок яблочный Чешуя очищенная
определяемого показателя очищенная яблочный после термообработки с чешуёй после термообработки в яблочном соке
1 2 3 4 5
Аргинин 2,90±1,16 Менее 0,5 Менее 0,5 1,97±0,79
Тирозин 0,80±0,08 Менее 0,25 Менее 0,25 Менее 0,25
Фенилаланин 0,72±0,22 Менее 0,25 Менее 0,25 0,53±0,16
Гистидин 0,45±0,22 Менее 0,5 Менее 0,5 Менее 0,5
Лейцин+Изо-
лейцин 1,39±0,36 Менее 0,25 Менее 0,25 1,04±0,27
Метионин 0,39±0,13 Менее 0,25 Менее 0,25 Менее 0,25
Валин 3,49±1,40 Менее 0,5 Менее 0,5 2,48±0,99
Пролин 4,01±1,04 Менее 0,25 Менее 0,25 2,82±0,73
Треонин 0,94±0,37 Менее 0,5 0,70±0,28 0,64±0,26
Серин 1,34±0,35 Менее 0,25 Менее 0,25 0,92±0,24
Аланин 3,50±0,91 Менее 0,25 0,47±0,12 2,43±0,63
Глицин 7,47±1,94 Менее 0,25 1,07±0,36 5,30±1,38
Аспарагиновая кислота+Аспа-
рагин 2,28±0,91 Менее 0,5 Менее 0,5 1,73±0,69
Окончание табл. 3
1 2 3 4 5
Глутаминовая кислота+Глута- мин 6,60±2,64 менее 0,5 менее 0,5 4,54±1,82
Триптофан Менее 0,1 Менее 0,1 Менее 0,1 Менее 0,1
Лизин 1,46±0,50 Менее 0,25 Менее 0,25 1,00±0,34
Цистин Менее 0,1 Менее 0,1 Менее 0,1 Менее 0,1
Из табл. 3 видно, что после термообработки чешуи в яблочном соке произошло снижение массовой доли глицина, пролина, глутаминовой кислоты, аланина, валина, аргинина, аспарагиновой кислоты и лизина, а в термообработанном яблочном соке увеличилась массовая доля глицина, аланина и треонина.
Анализ химического состава яблочного сока прямого отжима (без термообработки и термообработанного с добавлением чешуи), представлен в табл. 4.
Таблица 4. Химический состав яблочного сока прямого отжима (без термообработки и термообработанного с добавлением чешуи), %
Table 4. Chemical composition of direct-squeezed apple juice (without heat treatment and heat-treated with the addition of scales),%_
Наименование опре- Яблочный Термообрабо- НД на метод
деляемого показателя, сок (без термо- танный яблоч- испытаний
% обработки) ный сок с добавлением чешуи
Массовая доля влаги 88,20±0,02 87,00±0,2 ГОСТ 7636-85
Массовая доля жира Менее 0,1 Менее 0,1 ГОСТ 7636-85
Массовая доля белка Менее 0,3 4,51±0,27 ГОСТ 34111-2017
Массовая доля 11,6 8,10 Массовая доля
углеводов углеводов (%) = 100 — Сжира+ Сбелка + Сзолы+ Сводьь где С - содержание
Массовая доля золы 0,20±0,04 0,40±0,05 Расчётный
Массовая доля кальция 0,012±0,001 0,029±0,003 Метод атомно-абсорбционной спектрометрии
Массовая доля фосфора 0,08±0,02 0,10±0,02 МУК 4.1.3217-14
Из табл. 4 видно, что в термообработанном яблочном соке (с добавлением рыбной чешуи) значительно увеличилась массовая доля белка, а также золы (кальция, фосфора), и снизилась массовая доля углеводов.
Термообработка рыбной чешуи в яблочном соке способствовала получению соковой продукции, обогащённой продуктами гидролиза коллагена и минеральными веществами (без рыбного запаха), и позволила получить добавку из рыбной чешуи с лёгким приятным яблочным ароматом пищевого назначения.
ВЫВОДЫ
1. Разработан эффективный способ переработки рыбной чешуи, позволяющий получить новые функциональные напитки и пищевые добавки.
2. Исследован химический состав (общий, аминокислотный, токсичных элементов) исходного сырья (рыбная чешуя, яблочный сок) и готовой продукции (функциональный сокосодержащий напиток, пищевая добавка), не имеющей рыбного запаха и вкуса.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Deep Fried Fish Scales Recipe, Crispy and Crunchy Snack ... [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://dentistvschef.wordpress.com > 2013/09/25 > deep-fried-fish-scales-r...^aTa обращения 28.12.2019).
2. Антипова, Л. В. Сухая основа из малоценных продуктов разделки прудовых рыб для приготовления первых блюд /Л. В. Антипова, О. П. Дворянинова, Ю. Н. Воронцова // Известия вузов. Пищевая технология.-2012. - № 2-3.- С. 76 -79.
3. Пат. № 2241347 РФ, Способ получения пищевой добавки / Степанцова Г. Е., Воробьёв В. И., заяв. 25.01. 2002, опубл. 10.04. 2004. Бюл. № 34. - 5 с.
4. Raman M., Gopakumar K. Fish Collagen and its Applications in Food and Pharmaceutical Industry: A Review //EC Nutrition. - 2018. - Т. 13. - С. 752-767.
5. Increased Demand For Marine Collagen - Market Global Forecast [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.valuewalk.com/2019/.. ,/marine-collagen-market... (дата обращения 22.07.2019).
6. Gómez-Guillén M.C., Giménez B., López-Caballero M.E., Montero M.P. Functional and bioactive properties of collagen and gelatin from alternative sources: A review. Food Hydrocolloids v. 25, - p. 1813 - 1827 - 2011. .
7. Karayannakidis, P. D. Fish Processing By-Products as a Potential Source of Gelatin: A Review // P.D. Karayannakidis, A. Zotos // Journal of Aquatic Food Product Technology. - 2016. - Т. 25. - №. 1- З. 65-92.
8. Silva T. H., Moreira-Silva J., Marques A. L. P., Domingues A., Bayon Y., Reis R. L. Marine Origin Collagens and Its Potential Applications, Marine Drugs, 2014 Vol. 12, Issue 12, pp. 5881-5901.
9. Milovanovic I., Hayes M. Marine Gelatine from Rest Raw Materials//Applied Sciences. - 2018. - Т. 8. - №. 12. - С. 2407.
10. Некоторые аспекты технологии получения желатина из коллагенсодержащих вторичных рыбных ресурсов: обзор. / К. Т. Хуе, Н. Т. М. Ханг, Н. В. Хунг, В. П. Курченко [и др.] // Труды БГУ. - 2014, т. 9, ч. 1, С. 23-32.
REFERENCES
1. Deep Fried Fish Scales Recipe, Crispy and Crunchy Snack ... Available at: https://dentistvschef.wordpress.com > 2013/09/25 > deep-fried-fish-scales-r... (Accessed 28 December 2019).
2. Antipova L. V., Dvoryaninova O. P., Vorontsova Yu. N. Sukhaya osnova iz malotsennykh produktov razdelki prudovykh ryb dlya prigotovleniya pervykh blyud
[Dry base from low-value products of cutting pond fish for cooking first dishes]. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya, 2012, no. 2-3, pp. 76-79.
3. Pat. (RU) 2241347, Sposob polucheniya pishchevoj dobavki [Patent (RU) 2241347, The method of obtaining food additives]. Stepancova G. E., Vorob'yov V. I.; zayav. 25.01. 2002, opubl. 10.04.2004. Byul. No. 34, 5p.
4. Raman M., Gopakumar K. Fish Collagen and its Applications in Food and Pharmaceutical Industry: a review. EC Nutrition, 2018, vol. 13, pp. 752-767.
5. Increased Demand For Marine Collagen - Market Global Forecast. Available at: https://www.valuewalk.com/2019/.../marine-collagen-market... (Accessed 22 July 2019).
6. Gómez-Guillén M. C., Giménez B., López-Caballero M. E., Montero M. P. Functional and bioactive properties of collagen and gelatin from alternative sources: a review. FoodHydrocolloids, 2011, vol. 25, pp. 1813-1827.
7. Karayannakidis P. D., Zotos A. Fish Processing By-Products as a Potential Source of Gelatin: A Review. Journal of Aquatic Food Product Technology, 2016, vol. 25, no. 1, pp. 65-92.
8. Silva T. H., Moreira-Silva J., Marques A. L. P., Domingues A., Bayon Y., Reis R. L. Marine Origin Collagens and Its Potential Applications, Marine Drugs, 2014, vol. 12, issue 12, pp. 5881-5901.
9. Milovanovic I., Hayes M. Marine Gelatine from Rest Raw Materials. Applied Sciences, 2018, vol. 8, no. 12, pp. 2407.
10. Khue K. T., Khang N. T. M., Khung N. V., Kurchenko V. P., Rizevskiy S. V., Golovach T. N., Chubarova A. S. Nekotorye aspekty tekhnologii polucheniya zhe-latina iz kollagensoderzhashchikh vtorichnykh rybnykh resursov: obzor [Some aspects of the technology of obtaining gelatin from collagen-containing secondary fish resources: overview]. Trudy Belorusskogo Gosudarstvennogo Universiteta [Proc. of the Belarusian State University]. Minsk, 2014, vol. 9, no.1, pp. 23-32.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Воробьев Виктор Иванович - Калининградский государственный технический университет; кандидат технических наук, доцент кафедры химии; E-mail: [email protected]
Vorobyov Viktor Ivanovich - Kaliningrad State Technical University; PhD in Engineering, Associate Professor of the Chemical Department; E-mail: [email protected]
