CC BY
22
УДК 612.398, 641.561
КАРОТИНОПРОТЕИНОВЫЙ КОНЦЕНТРАТ КАК ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОМПОНЕНТ РЫБОРАСТИТЕЛЬНЫХ КРИПСОВ
М. В. Самсонов, М. Л. Винокур
CAROTENE-PROTEIN CONCENTRATE AS A FUNCTIONAL COMPONENT OF FISH AND VEGETABLE CRISPS
M. V. Samsonov, M. L. Vinokur
Производство пищевого продукта из комбинированного рыборастительно-го сырья, обладающего функциональными свойствами, является сложным технологическим процессом. В статье опубликованы результаты исследований по возможному применению обезвоженного каротинопротеинового концентрата как функциональной составляющей при выработке рыборастительных крипсов. В качестве растительной основы использовались пасты красной фасоли, зелёной чечевицы и белой фасоли. В работе показано, что белковый комплекс содержит 0,05 г неизменённого астаксантина на 100 г концентрата, что соответствует функциональному ингредиенту с антиоксидантным эффектом. Определено лучшее соотношение в рецептуре для растительной составляющей и белкового концентрата. Предложенная комбинированная технологическая модель приготовления рыбо-растительных крипсов позволяет сохранить значительную концентрацию астак-сантина в конечном продукте. Это достигается за счёт предварительной тепловой и механической обработки бобового сырья, получение конечных органолептиче-ских и реологических показателей осуществляется при вакуумной сушке. Результаты общехимического анализа всех образцов показывают содержание среднесуточной нормы астаксантина для взрослого человека в 100 г продукта. Рекомендуемая дневная норма крипсов составляет 40 г, что покрывает до 40 % нормы потребления астаксантина. При помощи профильного метода органолептической оценки проведены сравнительные оценки основных показателей (вкус, запах, цвет и консистенция). По полученным результатам видно, что по многим основным показателям крипсы, произведённые с использованием зелёной чечевицы, обладают более нейтральными органолептическими значениями, чем изготовленные с красной или белой фасолью.
рыборастительные крипсы, каротинопротеиновый концентрат, вакуумная сушка, астаксантин
Production of food products from combined fish and vegetable raw materials with functional properties is a complex technological process. The article presents the research results on the possible use of dehydrated carotene-protein concentrate as a functional component in production of fish and vegetable crisps. As a vegetable base, red bean, green lentil and white bean paste have been used. It is shown that the protein complex contains 0.05 grams of unmodified astaxanthin per 100 grams of еру concen-
trate, which corresponds to the functional ingredient with antioxidant effect. The optimal ratio in the formulation for the vegetable component and protein concentrate has been determined. The proposed combined technological model of making fish and vegetable crisps allows maintaining a significant concentration of astaxanthin in the final product. This is achieved by pre-heat and mechanical processing of raw beans, while achieving the final organoleptic and rheological parameters is carried out by vacuum drying. The results of the general chemical analysis of all samples show the content of the average daily rate of astaxanthin for an adult in 100 grams of the product. Recommended daily amount of crisps is 40 grams, which covers up to 40percent of consumption of astaxanthin. Using the profile method of organoleptic evaluation, comparative assessments of the main indicators (taste, smell, color and consistency) have been carried out. The results have showed that according to main indicators, crisps produced using green lentils have more neutral organoleptic values than those produced with red or white beans. The organoleptic comparisons allow us to recommend the use of crisps, made of green lentils.
fish-vegetable crisps, carotene-protein concentrate, vacuum drying, astaxanthin
ВВЕДЕНИЕ
Государственная программа развития пищевой промышленности в России подразумевает широкое внедрение в производственные мощности научно обособленных технологий выработки пищевой продукции с заданными свойствами. Продвижение подобной концепции невозможно осуществить без использования функциональной составляющей выпускаемых пищевых систем. Применение пищевых комплексов с заданными органолептическими и биологическими свойствами в классических технологических рецептурах позволяет достичь востребованные медико-профилактические цели [1].
Однако использование традиционного сырья для выработки функциональных добавок связано с растущими экономическими издержками, что, в свою очередь, снижает доступность пищевого изделия. При этом также снижается конкурентоспособность по отношению к традиционно потребляемой продукции [2].
Решение проблемы высоких ценообразований заключается в использовании в качестве функционального ингредиента биомолекул, выделенных в результате биомодификаций некондиционного рыбного сырья или отходов переработки ВБР, где особый интерес представляет панцирьсодержащее сырьё. Это обуславливается наличием в достаточном количестве каротиноидов, в частности астак-сантина, как в свободном виде, так и в составе белково-липидных комплексов [3, 4]. Присутствие астаксантина в пищевом гомогенизированном субстрате замедляет окислительные процессы липидов в организме [5-7], что связывается с особенностями формирования свободных радикалов и их нейтрализацией астак-сантином. Это обуславливается формированием активных форм кислорода с последующей его диффузией в липидный слой. При нейтрализации свободных радикалов происходит погружение молекул астаксантина в толщу липидных мембран с последующим изменением полиеновых цепей в организме [8, 9]. Однако основным технологическим ограничением массового внедрения астаксантина в пищевые системы является его низкая термостойкость, так как процесс необратимого изменения начальной формы происходит при 55-60оС [10].
Использование протеолиза при выделении каротинопротеинового концентрата (КПК) из панцирных отходов позволяет получать биологические комплексы с необходимой концентрацией неизменённого астаксантина. Однако значительная часть вырабатываемых белковых концентратов характеризуется повышенной концентрацией липидов (до 5-7 %), что отрицательно влияет на вкусоароматиче-скую составляющую конечного продукта, а также его хранимоспособность [11]. Исследования отечественных и зарубежных учёных показали, что при пищевом применении обезвоженных белковых концентратов установленные значения ли-пидов, без ухудшения органолептики, не должны превышать 2,5 % (от массы сухого вещества) [12].
Предложенная усовершенствованная модель двухступенчатой биомодификации панцирьсодержащего сырья с использованием дополнительного осаждающего агента позволяет достичь приемлемую концентрацию липидов [13]. Современные тенденции производства функциональных продуктов питания направлены в первую очередь на многокомпонентность и сложный композиционный состав. При выработке комбинированного продукта ряд отечественных и зарубежных авторов предлагают использовать термообработанные, гомогенные смеси некоторых растительных культур, в том числе бобовых [14]. Применение бобовых обуславливается, в первую очередь, значительным содержанием протеинов (на сухое вещество), жирорастворимых витаминов, микро- и макроэлементов и пищевых волокон. Липидная составляющая представлена до 3,6 % на сухое вещество (кроме рапса), однако наличие в составе изофлавоноидов положительно влияет на сохранность астаксантина.
Цель: разработать технологию применения каротинопротеинового концентрата в качестве биологической составляющей рыборастительного продукта.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Органолептические исследования проводились с использованием профильного и балльного метода оценки. Основа этого метода оценки состоит в выражении объединяющих оценки свойств пищевого продукта в заданном диапазоне качества с применением установленных числовых значений.
Белковый комплекс выработан в соответствии с требованиями ТУ10.89.14-295-00472093-2018 «Концентрат каротинопротеиновый пищевой» (табл. 1).
Таблица 1. Общехимический состав КПК
Table 1. General chemical composition of CPC
Наименование показателей Содержание в КПК, %
Белок 85,6
Липиды 2,4
Минеральные вещества 2,1
Влага 8,05
Каротиноиды 0,05
Хитин/хитозан 1,4
Химический состав вырабатываемого каротинопротеинового комплекса характеризуется значительной концентрацией астаксантина, что позволяет использовать концентрат в качестве ингредиента с антиоксидантными свойствами.
Небольшие остаточные значения хитина-хитозана обеспечивают дополнительные биологические значения конечному изделию [15].
В качестве растительной основы функционального продукта использовалась чечевица зелёная и два вида фасоли (табл. 2).
Таблица 2. Химический состав растительного сырья
Table 2. Chemical composition of vegetable raw material
Сырье Протеин, % Липиды, % Зола, % Клетчатка, %
Чечевица зелёная 23-25 1,6-2,4 2,6-2,8 5,6-8,6
Фасоль белая 20-22 1,1-1,6 3,5-3,7 5,5-7,8
Фасоль красная 20-22 1,7-1,9 3,5-3,7 5,8-8,0
Применение белковых концентратов в комбинации с растительным сырьём позволяет вырабатывать продукт с желаемыми технологическими и органолептическими значениями [16, 17].
В качестве дополнительных компонентов рецептуры использовались: поваренная соль йодированная (ГОСТ Р 51574-2000), растительный жир ( масло) (ГОСТ 21314-75), сахар (ГОСТ 33222-2015) и специи (ГОСТ ISO 927-2014).
Разработка рецептуры осуществлялась с использованием компьютерной программы Generic 2.1.
Сушка крипсов происходила в вакуумной установке на базе лаборатории АтлантНИРО. Приготовление бобовых паст производилось в куттере Pimak 5 lt.
Очистка каротиноидов по ГОСТ 54058-2010, содержание астаксантина определялись на фотоэлектроколориметре (ФЕК) модели 2МК. Массовая доля влаги - по ГОСТ 13496.3-92 (ИСО 6496-83), массовая доля липидов - по ГОСТ 13496.15-2016. Определение содержания протеинов осуществлялось по ГОСТ Р 54607.7-2016, ГОСТ 26313 и ГОСТ 26671.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОСУЖДЕНИЕ
Проектируемый продукт будет представлен в виде рыборастительных крипсов, соотношение КПК к бобовой основе 40 на 59 %. Оставшийся процент используется для внесения неосновных компонентов (специи, сахар и соль). Растительный жир применяется только при формовании изделий.
Сохранность астаксантина белкового концентрата в неизменённом состоянии не предусматривает интенсивной тепловой обработки. Однако использование растительного сырья без предварительной кулинарной обработки нецелесообразно с технологической и пищевой точки зрения. Предложенная комбинированная схема выработки крипсов включает в себя как тепловую обработку, так и вакуумную сушку (рис. 1). Для проведения исследований было выработано три образца с различным растительным основанием: крипсы с зеленой чечевицей (КЗЧ), крипсы с белой фасолью (КБФ) и крипсы с красной фасолью (ККФ).
Рис. 1. Технологическая схема производства рыборастительных крипсов Fig. 1. Process flow chart of production of fish and vegetable crisps
Разработанная технология позволяет достичь кулинарной готовности для растительного сырья на начальном технологическом этапе. Внесение КПК осуществлялось в охлаждённую, просеянную бобовую пасту.
Необходимые структурно-реологические значения конечного изделия приобретаются за счёт вакуумной обработки. Процесс сушки осуществлялся при температуре не более 50оС в вакуумной установке (рис. 2). Для равномерного удаления влаги в качестве технологической ёмкости использовались специальные металлические формы с равномерно распределённым белковым концентратом.
О 5 10 15 го 25 30 35 40 45 50 55 60 65 7 0 75 SO S5 50 «
С, мин
-*-КЗЧ W, % КБФ W, % -t-ККФ W, %
Рис. 2. Кривые вакуумной сушки рыборастительных крипсов Fig. 2. Curves of vacuum drying of fish and vegetable crisps
Результаты по кривым вакуумной сушки позволяют разделить процессы обезвоживания на несколько этапов. Первые этапы соответствуют временным интервалам от 0 до 20 мин и характеризуются минимальной потерей W (влаги), что соответствует начальному процессу прогревания полуфабриката. Вторые этапы
определяются отрезками времени от 20 до 60 мин, где происходит значительное удаление W до критической точки в 60 мин. Третьи этапы соответствуют интервалам от 60 до 80 мин и характеризуются снижением интенсивности десорбции с последующим достижением точки равновесия W. Следовательно, рекомендованное время вакуумной обработки в 80 мин позволяет достичь необходимых реологических значений в конечном продукте, сохраняя астаксантин в неизмененной форме.
Биологическая ценность крипсов основывалась на массовой концентрации неизмененного астаксантина (табл. 3).
Таблица 3. Общехимический состав рыборастительных крипсов
Table 3. General chemistry composition of fish and vegetable crisps
Наименование показателей Содержание в 100 г продукта, г
КЗЧ КБФ ККФ
Белок 50 48 47
Липиды 4 3 4
Углеводы 34 37 37
Влажность 10 10 10
Минеральные вещества 1 1 1
Астаксантин (в неизмененной форме) 0.00391 0.00388 0.00389
По белковому соотношению и концентрации астаксантина незначительно лучшие показатели у КЗЧ (существующие различия могут варьироваться в пределах погрешности в 3 %). Общехимические значения рыборастительных крипсов показывают, что потребление 100 г данного изделия соответствует суточной потребности взрослого организма в данном каротиноиде. Следовательно, суточное потребление крипсов в качестве функционального продукта составляет 40 г, что эквивалентно 40 % от дневной нормы астаксантина.
При выборе функционального изделия потребитель руководствуется орга-нолептическими характеристиками. Значит, помимо количественного содержания астаксантина, необходимо учитывать превалирование органолептических показателей по таким критериям, как вкус, внешний вид, запах, консистенция и цвет. Для органолептической оценки использовался профильный метод, где для каждого показателя были разработаны соответствующие дискриты (рис. 3, 4).
Характеристика основополагающих дискритов показывает, что образец КЗЧ обладает более нейтральными вкусоароматическими и оптико-механическими характеристиками по сравнению с ККФ и КБФ, что позволяет рекомендовать его к потреблению широкой потребительской аудитории.
Рис. 3. Сравнительные характеристики органолептических оценок по соответствующим дискритам: А - показатели цвета; Б - показатели консистенции; В - показатели запаха; Г - показатели вкуса Fig. 3. Comparative characteristics of organoleptic evaluations according to the relevant descreets: А - color indicators; B - consistency indicators; C - smell indicators;
D - taste indicators
Рис. 4. Профилограмма органолептических исследований Fig. 4. Profile diagram of organoleptic studies
Результаты органолептических оценок образцов показали, что по цвету и вкусу КЗЧ превосходит два других образца. По показателям внешнего вида и запаха образец КЗЧ имеет равнозначные значения с КБФ, однако незначительно
уступает по такому значению, как консистенция. Самые низкие органолептиче-ские показатели у ККФ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приведённые экспериментальные данные показывают целесообразность изготовления функционального продукта на основе зеленой чечевицы и концентрированного каротинопротеинового комплекса при комбинированной кулинарной обработке.
Определена продолжительность вакуумной обработки, позволяющая достичь необходимых реологических значений в конечном продукте (80 мин при температуре не более 50оС).
Показано, что потребление 40 г крипсов компенсирует суточную потребность взрослого организма в астаксантине до 40 %, при этом нейтральные органо-лептические показатели крипсов позволяют рекомендовать их к употреблению широким слоям населения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Тутельян, В. А. Микронутриенты в питании здорового и больного человека: моногр. / В. А Тутельян. - Москва: Колос, 2002. - 424 с.
2. Токаев, Э. С. Современный опыт и перспективы использования препаратов сывороточных белков в производстве функциональных продуктов / Э. С. Токаев // Молочная промышленность. - 2007. - № 10. - С. 55-56.
3. Артюхова, С. А. Технология продуктов из гидробионтов / С. А. Артюхо-ва, В. Д Богданов, В. М. Дацун. - Москва: Колос, 2001. - 496 с.
4. Сафронова, Т. М. Сырье и материалы рыбной промышленности / Т. М. Сафронова. - Москва: Агроромиздат, 1991. - 191с.
5. Truscott, T. G. New trends in photobiology: the photophysics and photochemistry of the carotenoids. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. -1990. - V. 6, № 4. - P. 359-371.
6. Gutteridge, J. M. The measurement and mechanism of lipid peroxidation in biological systems / J. M. Gutteridge, B. Halliwell // Trends in Biochemical Sciences. -1990. - V. 15, № 4. - P. 129-135.
7. Krichnavaruk S., Shotipruk A. M., Goto P. Pavasant Supercritical carbon dioxide extraction of astaxanthin from Haematococcus pluvialis with vegetable oils as co-solvent. Bioresource Technology. - 2008. - V. 99, № 13. - P. 5556-5560.
8. Hussein, G., Sankawa, U., Goto, H., Matsumoto, K., Watanabe, H. Astaxan-thin, a carotenoid with potential in human health and nutrition. Journal of Natural Products. - 2006. - V. 69, № 3. p. - 354.
9. Gutteridge, J. M., Halliwell B. The measurement and mechanism of lipid peroxidation in biological systems. Trends in Biochemical Sciences. - 1990. - V. 15, № 4. -P. 129-135.
10. Simpson, B.K. The use of proteolytic enzymes to extract Carotenoproteins from shrimp wastes / B. K. Simpson // Journal of Applied Biochemistry. - 1985. - V.44, No 1. -Pр.212 - 222
11. Родина, Т. Г. Сенсорный анализ продовольственных товаров / Т. Г. Родина. - Москва: Издательский центр «Академия», 2004. - 208 с.
12. Родина, Т. Г. Дегустационный анализ продуктов / Т. Г. Родина, Г. А. Вукс. - Москва: Колос, 1994. - С. 54-180.
13. Самсонов, М. В. Использование протосубтилина Г3х для предотвращения образований микроэмульсий при гидролизе панцирных отходов северной креветки / М. В. Самсонов // Известия КГТУ. - 2017. - № 47 - С. 123-134.
14. Неклюдов, А. Д. Свойства и применение белковых гидролизатов (обзор): Прикладная биохимия и микробиология / А. Д. Неклюдов. - 2000. - Т. 30, № 4. - С. 225-334.
15. Сафронова, Т. М. Исследование изменений лечебных свойств хитозана, включённого в пищевые системы совместно с другими функциональными добавками / Т. М. Сафронова, С. Н. Максимова, О. Н. Быканова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2007. - № 4. - С. 18-20.
16. Беликов, И. Ф. Аминокислотный состав белков семян различных сортов сои и соевой сенной муки: Биология возделывания сои / И. Ф. Беликов // Биология возделывания сои. - Владивосток, 1971. - 134 с.
17. Колесникова, Н. Г. Разработка технологии и оценка потребительских свойств продуктов питания на основе зерновой фасоли для детей школьного возраста: дис. ... канд. техн. наук: 05.18.01, 05.18.15. / Колесникова Н. Г. - Краснодар, 2006. - 237 с.
REFERENCES
1. Tutelyan V. A. Mikronutrienty v pitanii zdorovogo i bol'nogo cheloveka [Micronutrients in the diet of a healthy and sick person]. Moscow, Kolos, 2002, 424 p.
2. Tokaev E. S., Bazhenova E. N. Sovremennyj opyt i perspektivy ispol'zovanija preparatov syvorotochnyh belkov v proizvodstve funktsional'nyh napitkov [Modern experience and prospects of the use of whey protein preparations in production of functional beverages]. Molochnayapromishlennost', Moscow, no. 10, 2007, рр. 55-56.
3. Artyukhova S. A. Tehnologija produktov iz gidrobiontov [Technology of products from hydrobionts]. Moscow, Kolos, 2001, 496 p.
4. Safronova T. M. Syr'e i materialy rybnojpromyshlennosti [Raw materials and materials of the fishing industry]. Moscow, Agropromizdat, 1991, 191р.
5. Truscott T. G. New trends in photobiology: the photophysics and photochemistry of the carotenoids. Photochemistry andPhotobiology: Biology, 1990, vol. 6, no. 4, рр. 359-371.
6. Gutteridge J. M., Halliwell B. The measurement and mechanism of lipid peroxidation in biological systems. Trends in Biochemical Sciences ,1990, vol. 15, no. 4, рр. 129-135.
7. Krichnavaruk S., Shotipruk A. M., Goto P. Pavasant Supercritical carbon dioxide extraction of astaxanthin from Haematococcus pluvialis with vegetable oils as co-solvent. Bioresource Technology. 2008, vol. 99, no. 13, рр. 5556-5560.
8. Hussein G., Sankawa, U., Goto, H., Matsumoto K., Watanabe H. Astaxanthin, a carotenoid with potential in human health and nutrition. Natural Products. 2006, vol. 69, no. 3, 354 p.
9. Gutteridge J. M., Halliwell B. The measurement and mechanism of lipid peroxidation in biological systems. Trends in Biochemical Sciences, 1990, vol. 15, no. 4, рр. 129-135.
10. Simpson B. K. The use of proteolytic enzymes to extract Carotenoproteins from shrimp wastes. Journal of Applied Biochemistry, 1985, vol. 44, рр. 212-222.
11. Rodina T. G. Sensornyj analiz prodovol'stvennyh tovarov [Sensory analysis of food products]. Moscow, 2004, 208 p.
12. Rodina T. G. Degustatsionnyj analiz produktov [Degustation analysis of products]. Moscow, Kolos, 1994, рр. 54-180.
13. Samsonov M. V. Ispol'zovanie protosubtilina G3h dlja predotvraschenija obrazovanij mikro'emul'sij pri gidrolize pantsirnyh othodov severnoj krevetki ^he use of protosubtilin G3h to prevent the formation of microemulsions in hydrolysis of the Northern shrimp waste]. Kaliningrad, IzvestiyaKGTU, 2017, no. 47, рp. 123-130.
14. Neklyudov A. D. Svojstva i primenenie belkovyh gidrolizatov [Рroperties and applications of protein hydrolysates]. Prikladnaya biohimiya i mikrobiologiya. Moscow, 2000, vol. 30, no. 4, рр. 225-334.
15. Safronova T. M. Issledovanie izmenenij lechebnyh svojstv hitozana, vklju-chjonnogo v pischevye sistemy sovmestno s drugimi funktsional'nymi dobavkami [Study of changes in the therapeutic properties of chitosan included in the food system together with other functional additives]. Storage and processing of agricultural raw materials. Moscow, 2007, no. 4, рр. 18-20.
16. Belikov I. F. Aminokislotnyj sostav belkov semjan razlichnyh sortov soi i soevoj sennoj muki: biologiya vozdelyvaniya soi [Amino acid composition of seed proteins of different soybean varieties and soybean hay flour: the biology of soybean cultivation]. Vladivostok, 1971, 134 p.
17. Kolesnikova N. G. Razrabotka tehnologii i otsenka potrebitel'skih svojstv produktov pitanija na osnove zernovoj fasoli dlja detej shkol'nogo vozrasta. Diss. kand. tekhn. nauk [Development of technology and assessment of consumer properties of food products based on grain beans for school-age children. Dis. cand. Tekhn. Sci.]. Krasnodar, 2006, 237 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Самсонов Максим Вячеславович - Калининградский государственный технический университет; аспирант кафедры «Технология продуктов питания»;
E-mail: [email protected]
Samsonov Maxim Vyacheslavovich - Kaliningrad State Technical University;
Postgraduate student of the Department of Food Products Technology;
E-mail: [email protected]
Винокур Михаил Леонидович - Калининградский государственный технический университет; кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология продуктов
питания»; E-mail: [email protected]
Vinokur Michail Leonidovich - Kaliningrad State Technical University;
PhD, Associate Professor of the Department of Food Products Technology;
Email: [email protected]
