CC BY
58
УДК 664.959.5:[636.084.413:636.5]
М. Е. Цибизова, Н. Д. Аверьянова, Д. С. Язенкова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ БИОТРАНСФОРМАЦИИ РЫБНОГО СЫРЬЯ КАК ОСНОВНОГО КОМПОНЕНТА БИОПРОДУКТОВ
Введение
Реализация концепции государственной политики в области здорового питания населения РФ требует увеличения производства пищевых продуктов, потребление которых способствует сохранению и укреплению здоровья человека. Концепция развития рыбного хозяйства РФ на период до 2020 г., одобренная распоряжением Правительства РФ, предусматривает достижение устойчивого функционирования рыбохозяйственного комплекса страны на основе сохранения, воспроизводства и рационального использования водных биологических ресурсов, развития аква- и марикультуры.
Дефицит рыбного сырья и в то же время появление новых объектов промысла и рыбоводства, быстро увеличивающийся ассортимент рыбопродукции, растущие требования к ее качеству обусловливают важность рационального использования рыбных ресурсов для получения продукта высокого качества. Одним из приоритетных направлений научно-технического развития рыбной отрасли в области функционального питания и кормопроизводства является разработка комплексных ресурсосберегающих технологий переработки гидробионтов промыслового значения с утилизацией отходов от их разделки и максимального использования нетрадиционных объектов.
В ведущих странах мира, в том числе в России, в последние годы активно развивается новое направление в трофологии (науке о питании) - функциональное питание. Функциональное питание - это питание, предусматривающее потребление таких продуктов естественного происхождения, которые при ежедневном применении оказывают регулирующее воздействие на организм в целом, его определённые системы, органы и их функции. Необходимость производства продуктов функционального назначения вызвана тем, что у большинства россиян, по данным Института питания РАМН, выявлены нарушения в питании из-за уменьшения потребления пищевых продуктов, содержащих полноценные белки, витамины, макро- и микроэлементы. Многие страдают избыточным весом, что является следствием нарушения обмена веществ. Наблюдается резкое снижение продолжительности жизни (за последние годы на 30 %). Вследствие этого приоритетным направлением в создании технологии продуктов функционального назначения является использование пищевых компонентов и биологически активных добавок, не только способствующих повышению пищевой ценности продукции, но и позволяющих придать ей заданные лечебно-профилактические свойства [1-3].
Основными составляющими функционального питания являются:
- бифидобактерии;
- олигосахариды;
- пищевые волокна;
- эйкозопентаеновая и другие полиненасыщенные жирные кислоты;
- антиоксиданты;
- лактобактерии;
- органические кислоты и др.
Особенно велика роль продуктов функционального питания в поддержании микробной экологии человека, прежде всего микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Основными компонентами таких продуктов являются лакто- и бифидобактерии, а также бифидус-факторы (вещества, стимулирующие развитие бифидофлоры) [2, 4, 5].
Исторически (по проф. В. Б. Толстогузову) продукты питания принято делить на три поколения [4, 5]:
- натуральные продукты, полученные путём охоты или собирательства даров природы;
- традиционные продукты, полученные в результате реализации продовольственных технологий (эти продукты составляют основу питания населения в настоящее время);
- новые формы пищевых продуктов как результат реализации новой пищевой технологии, основанной на фракционировании пищевого сырья и его рациональной переработке.
Рыбное сырье можно отнести к продуктам первого поколения. Получение продуктов второго поколения основано на технологиях рыбных продуктов из гидробионтов. Производство продуктов третьего поколения базируется на таких управляемых процессах получения компонентов рыбного сырья, как ферментация, структурирование, прядение (современные технологии). Производство аналогов рыбной продукции, проведение процессов биотрансформации лежат в основе нового, четвёртого поколения рыбных продуктов.
В связи с вышеизложенным целью исследований являлось изучение возможности использования рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна в производстве биопродуктов, в том числе и экструдированных продуктов, обладающих повышенной биологической ценностью. Для производства таких продуктов возможно использовать и пищевые отходы, полученные в результате обработки частиковых и прудовых рыб, имеющих промысловое значение.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
- изучение технологических свойств объектов исследования;
- разработка технологических параметров получения белковой массы из объектов исследования.
В качестве объекта исследования было использовано маломерное малоценное сырье весеннего вылова мороженое. Был изучен химический состав объектов исследования. Динамика процесса биотрансформации объектов исследования оценивалась по изменению азота концевых аминогрупп.
Расчет глубины гидролиза проводили по формуле
ФТА 2 — ФТА] х = фта2 фта] х ОА — ФТА1
где ФТА1 - формольно-титруемый азот в начале опыта; ФТА - формольно-титруемый азот в конце опыта (после термостатирования); ОА - общий азот в пробе, мг/100 г; Х - глубина гидролиза, %.
Для оценки возможных технологических свойств полученной белковой массы была рассчитана степень обводнения белков мышечной ткани и коэффициент пищевой насыщенности [6].
Технология получения белковой массы была разработана А. П. Черногорцевым и Р. Г. Разумовской [5]. Белковую массу получали на основе гидролиза белковых веществ мелкой рыбы (анчоусовидная килька, мойва, сайка и др.) при повышенной температуре (55, 60, 65 °С) под воздействием собственных ферментов и ферментных препаратов.
Получение белковой массы по методу Черногорцева и Разумовской основано на проведении неглубокого кратковременного ферментолиза при повышенной температуре с целью разрушения структуры белковых веществ до крупных высокомолекулярных полипептидов, осаждаемых нагреванием, и высвобождения липидов, входящих в структуру клеток и сложных соединений. После ферментолиза становится возможным отделить мышечную ткань от костей скелета и удалить большую часть липидов с помощью горячей воды, одновременно удаляя из белковой массы нестойкие низкомолекулярные продукты протеолиза, включая азотистые основания, входящие в состав фосфатидов.
Было установлено, что температурный оптимум комплекса протеолитических ферментов рыбы-сырца является функцией времени, в течение которого осуществляется протеолиз. Начальная скорость автопротеолиза кильки имеет высокое значение при температуре 60 °С, а при температуре 70 °С она превышает скорость автопротеолиза при температуре 40 °С. Быстрая инактивация протеаз кильки достигается при температуре 80 °С.
Для решения поставленной задачи оказалось достаточным смешать килечный фарш с водой (50 %) и проферментировать при температуре 65-70 °С и естественном значении рН (6,6) в течение 20-30 минут, не прибегая к использованию консервантов. Если удалить кишечник (это достигается измельчением мелкой рыбы на куски и последующей мойкой водой), то необходимо добавить коммерческий ферментный препарат (проторизин ПК, прототерризин ПК и др.). Из проферментированной массы процеживанием через вибросито отделяют кости, массу коагулируют нагреванием до температуры 95-100 °С для приостановления процесса ферментации и осаждения белка.
Белковую массу отделяют от жидкой части центрифугированием и подвергают рафинации. Рафинация включает в себя промывку горячей водой (для удаления жира и остатков низкомолекулярных продуктов протеолиза) и отбелку перекисью водорода (0,4-0,6 % в виде 15 %-го раствора). Массу кипятят 30 минут до полного разрушения Н2О2. После отбелки белковый осадок промывают горячей водой с применением отстойной центрифуги. К полученной белковой массе добавляют антиоксиданты в виде 1 %-го экстракта злаков или пряностей, одновременно придавая массе соответствующий аромат. Выход белковой массы - 50-55 % (без рафинации), 40-45 % (с рафинацией) к исходному сырью. Срок хранения - не более 6 месяцев при температуре - 18 °С [7, 8].
Белковая масса, как разновидность рыбного белкового концентрата (РБК), предназначается в качестве белковой добавки в различные мучные изделия, в качестве компонента колбасных изделий, белково-фруктовых паст, рыбных палочек, соломки и др.
Для получения РБК из массы, приготовленной указанным способом, массу обезжиривают и дезодорируют. Установлено, что экстракция изопропиловым спиртом более эффективна.
В ходе исследований был определен химический состав некоторых мелких частиковых рыб (табл. 1).
Таблица 1
Технологические свойства объектов исследования
Объект исследования Соде ржание в мышечной ткани, % Степень обводнения белков Ко = В, Б, % Выход съедобной части (мяса) тела, % к общей массе Коэффициент пищевой насыщенности К Б + Ж + У В
воды белка жира минеральных веществ
асноперка 78,6 ± 0,5 17,4 ± 1 1,5 ± 0,1 2,5 ± 0,1 4,5 39,9 ± 5,0 0,24
Линь 79,0 ± 0,5 18,0 ± 1 1,5 ± 0,1 1,5 ± 0,1 4,4 44,0 ± 5,0 0,25
Сопа (синец) 76,5 ± 0,5 17,0 ± 1 2,0 ± 0,1 1,5 ± 0,1 4,7 39,1 ± 5,0 0,24
Чехонь 75,0 ± 0,5 21,0 ± 1 2,5 ± 0,1 1,5 ± 0,1 3,6 46,0 ± 5,0 0,3
Окунь 79,6 ± 0,5 16,4 ± 1 1,2 ± 0,1 2,8 ± 0,1 4,9 49,1 ± 5,0 0,3
Г устера 77,8 ±0 ,5 17,6 ± 1 1,7 ± 0,1 2,0 ± 0,1 2,5 46,0 ± 5,0 0,25
* В - вода; Б - белки; Ж - жиры; У - углеводы.
После определения химического состава была изучена возможность получения белковой массы из маломерного малоценного сырья Волго-Каспийского бассейна.
По степени обводнения мясо исследуемых образцов можно разделить на следующие группы [6]: суховатое и плотное (Ко = 2,5-3,0) - густера, чехонь; плотное и сочное (Ко = 4,1-4,5) -красноперка и линь; сочное и нежное (Ко = 4,6-5,2) - сопа и окунь. Увеличение массы соединительных тканей усиливает плотность мяса, уменьшение массы соединительной ткани делает мясо более нежным. Мясо красноперки плотное и имеет более темный цвет по сравнению с нежным и светлым, практически белым мясом окуня.
Расчет коэффициента пищевой насыщенности показал: исследованные объекты можно отнести к группе низконасыщенного сырья, что подтверждает возможность их использования в качестве основы для получения продуктов нового поколения.
В связи с тем, что красноперка и окунь отличаются высоким содержанием минеральных веществ (табл. 2), обоснование режимов получения белковой массы из мелких частиковых рыб проводили на примере красноперки и окуня.
Таблица 2
Содержание макро- и микроэлементов в красноперке и окуне [6]
Объект Макроэлементы, мг% Микроэлементы, мг/100 г рыбы
исследования К Ca Р Mg Fe Si | ОЬ | Pb | Zn | Mn
Красноперка 276 40 235 24 0,4 -
Окунь 275 50 270 75 - 0,35 | 0,35 | 0,03 | 0,35 | 0,03
Оптимальную температуру для получения белковой массы выбирали по результатам изучения динамики азота концевых аминогрупп при различных значениях температуры и естественном рН, равном 6,3 ± 1,0.
50 °С 55 °С 60 °С 65 °С
Продолжительность, мин
а
Продолжительность, мин б
Рис. 1. Динамика азота концевых аминогрупп в реакционной смеси при различных значениях температуры гидролиза: а - окунь; б - красноперка
50 °С 55 °С -А— 60 °С -К— 65 °С
Согласно полученным данным, максимальное значение азота концевых аминогрупп для окуня и красноперки наблюдается при температуре 50 °С.
Общеизвестно, что механизм распада белков рыбы-сырца иод воздействием комплекса протеолитических ферментов весьма сложен [3].
Дезагрегированные белки (протеозы и пептоны) тотчас же подвергаются превращению до низкомолекулярных продуктов гидролиза, и в начальных продуктах автопротеолиза обнаруживается сложная смесь крупных белковых осколков и низкомолекулярных продуктов (пептидов и свободных аминокислот). Во 2-й фазе оставшаяся часть (примерно 2/3) дезагрегированных белковых веществ (крупных белковых осколков) расщепляется непосредственно до низкомолекулярных продуктов гидролиза. В 3-й фазе продолжается рост азота концевых аминогрупп, азота тирозина и количества свободных аминокислот [6, 9].
На протяжении всего процесса автопротеолиза идет гидролиз образовавшихся пептидов до свободных аминокислот. Скорость увеличения количества отдельных аминокислот непостоянна, поэтому автолизаты содержат различное количество свободных аминокислот в зависимости от продолжительности процесса. При автопротеолизе белков фарша его консистенция становится мажущейся, он имеет вид пастообразной массы, из которой легко выделяются кости скелета.
Оптимальную продолжительность процесса определяли по динамике глубины гидролиза и выходу белковой массы при установленной оптимальной температуре. Изменение глубины гидролиза и выхода белковой массы при температуре 50 °С показано на рис. 2 и 3.
я
4 о а « я и
СЗ
X
5
ю
•Красноперка
Окунь
Продолжительность, мин
Рис. 2. Динамика глубины гидролиза реакционной смеси при оптимальной температуре
п
о
£
и
84
82
80
78
76
74
72
70
68
66
64
62
60
58
56
54
52
50
І
:
Ж:
30 60 90 120 150 180
Продолжительность, мин
Красноперка
Окунь
Рис. 3. Изменение выхода белковой массы при различной продолжительности процесса гидролиза
Согласно данным рис. 2, 3, максимальная глубина гидролиза и максимальный выход белковой массы наблюдаются при продолжительности гидролиза 180 минут. Изучение литературных данных показало, что для подтверждения микробиологической стабильности процесса автолиза отношение азота летучих оснований (АЛО) к азоту концевых аминогрупп не должно превышать 7,5-8,0 %. Увеличение данного соотношения свидетельствует об активном протекании процесса порчи автолизата [7, 8].
Согласно результатам исследования, при продолжительности гидролиза 180 минут значение отношения АЛО к азоту концевых аминогрупп приближается к критическому - 7,5 %, поэтому предлагается проводить гидролиз в течение 150 минут, что практически гарантирует высокое качество белковой массы.
Заключение
Таким образом, оптимальными условиями для получения белковой массы из мелкого малоценного сырья, обладающего близкими технологическими свойствами, являются температура 50 °С и продолжительность гидролиза 150 минут при естественном рН.
Но достигнутая глубина гидролиза является, на наш взгляд, недостаточной, т. к. практически не позволяет получать биопродукты определенной функциональной направленности. Поэтому для активизации деятельности ферментов мышечной ткани необходимо рассмотреть возможность интенсификации процессов биотрансформации рыбного сырья путем использования вторичных материальных ресурсов. Одним из таких ресурсов может быть молочная сыворотка [3].
Однако следует отметить отсутствие фундаментальных исследований, связанных с разработкой методологических подходов в технологии поликомпонентных комбинированных продуктов, в технологии утилизации вторичных ресурсов и малоценного сырья с учетом биологических особенностей каждой группы рыбного сырья и обоснования их применения. Одним из таких методологических подходов может быть использование процесса биотрансформации, при осуществлении 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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Храмцов А. Г., Нестеренко П. Г. Технология продуктов из молочной сыворотки: учеб. пособие. -М.: Дели-принт, 2001. - 588 с.
2. Храмцов А. Г. Научно-технические основы биотехнологии молочных продуктов нового поколения / СевКавГТУ. - Ставрополь, 2002. - 117 с.
3. Оноприйко А. В., Храмцов А. Г., Оноприйко В. А. Производство молочных продуктов. - М.: Ростов н/Д.: Изд. центр «МарТ», 2004. - 383 с.
4. Толстогузов В. Б. Искусственные продукты питания. - М.: Высш. шк., 1978. - 331 с.
5. Толстогузов В. Б. Новые формы белковой пищи. Технологические проблемы и перспективы производства. - М.: Агропромиздат, 1987. - 303 с.
6. Кизиветтер В. И. Биохимия сырья водного происхождения. - М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 424 с.
7. Разумовская Р. Г. Исследование и разработка технологии получения гидролизатов, белковой массы и концентратов из мелкой рыбы и криля: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.: ВНИРО, 1983. - 24 с.
8. Черногорцев А. П., Разумовская, Р. Г. Технология получения новых белковых продуктов: учеб. пособие для вузов. - Мурманск, 1999. - 76 с.
9. Рогов И. А., Антипова Л. В., Дунченко Н. И. Химия пищи: учеб. для вузов. - М.: КолосС, 2007. - 853 с.
Статья поступила в редакцию 20.03.2009
RESEARCH OF AN OPPORTUNITY
OF BIOTRANSFORMATION OF FISH RAW MATERIAL AS A BASIC COMPONENT OF BIOPRODUCTS
M. E. Tsibizova, N. D. Averianova, D. S. Yazenkova
The study of scanty fish raw material of low value in Volgo-Caspian basin (redeye, tench, sabrefish, perch, silver bream) proved an opportunity to use it as a basis for the products of new generation, since all the objects can be referred to the group of low-saturated raw material. However, the use of water as a water duty showed that the reached hydrolysis depth is insufficient for manufacturing of products with certain functioning. To intensify the processes of biotransformation of fish raw material it is offered to use secondary material resources, in particular lactoserum.
Key words: fish raw material, albuminous mass, biotransformation, functional feeding.
