Некоторые аспекты получения белковой массы из маломерного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 664.956.047.25:582.26

Д. С. Язенкова, Н. Д. Аверьянова, М. Е. Цибизова

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОЙ МАССЫ ИЗ МАЛОМЕРНОГО РЫБНОГО СЫРЬЯ ВОЛГО-КАСПИЙСКОГО БАССЕЙНА

D. S. Yazenkova, N. D. Averianova, M. E. Tsibizova

SOME ASPECTS OF PROTEIN MASS RECEIVING FROM LOW-SIZED FISH RAW MATERIALS FROM THE VOLGA-CASPIAN BASIN

Проводилось уточнение рациональных параметров получения белковых масс из малорентабельного маломерного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна. Изучались качественные показатели белковых масс. Установлено, что проведение частичной ферментации рыбного белка позволяет получать фаршевые системы с близкими критериальными показателями качества.

Ключевые слова: молочная сыворотка, автолиз, белковая масса.

Rational parameters of protein mass receiving from non-profitable low-size fish raw materials from the Volga-Caspian basin are specified in the paper. Quality indicators of protein mass are studied.

It is established that carrying out of a partial fermentation of fish protein allows receiving minced fish systems with relative criterion quality indicators.

Key words: lactoserum, autolysis, protein mass.

Введение

Концепция развития рыбного хозяйства РФ предполагает, что одним из основных направлений в рыбоперерабатывающей отрасли является совершенствование и развитие технологии и техники обработки гидробионтов, в том числе безотходной и малоотходной технологий, увеличение глубины разделки сырья, а также производство фарша из мелких видов рыб, гидробио-нтов пониженной товарной ценности и изготовление на его основе разнообразной продукции, включая аналоговую [1]. Возможность использования мелких частиковых рыб ВолгоКаспийского бассейна, относящихся, по данным Агентства по рыболовству и рыбоводству Астраханской области, к группе «Прочие», в качестве сырья для производства пищевой продукции обусловлена не только увеличением доли вылова данных рыб, но и сложностью применения традиционных технологических решений их переработки.

В настоящее время продолжаются исследования в области производства фаршей из мелких видов рыб с целью повышения их пищевой и биологической ценности, улучшения функционально-технологических свойств. На наш взгляд, одним из возможных технологических решений обработки данного сырья, направленных на увеличение выхода фаршей и улучшение их структурно-механических характеристик, является применение ферментативных технологий.

В связи с этим целью исследований являлось установление рациональных технологических режимов получения белковых масс из малорентабельного маломерного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна и изучение их качественных показателей.

Материалы и методы исследования

В качестве объектов исследования было использовано маломерное сырье ВолгоКаспийского бассейна (красноперка, тарань, синец, чехонь, густера) и полученные из него рыбные фарши и белковые массы. Маломерное рыбное сырье, используемое для получения белковых масс, весеннего вылова, мороженое, приобретено в рыболовецкой артели «Дельта плюс» (г. Астрахань).

Изучение химического состава объектов исследования, определение влагоудерживающей способности (ВУС), предельного напряжения сдвига (ПНС) проводились стандартными методами [2, 3]. О степени обводнения мышечной ткани сырья судили по степени обводнения белков (Ко), определяемой как отношение содержания воды к содержанию белка, и по степени обводнения

жиров (Кж), определяемой как отношение содержания жира к содержанию белка [4]; глубину дезагрегации белков рыбных фаршей, выраженную в процентах, определяли как отношение разности содержания азота концевых аминогрупп в конце процесса (ФТАк) и в начале процесса (ФТА0) к разности содержания общего азота (ОА) и ФТА0 в начале процесса автопротеолиза [5].

Критерий химического состава К и уточненный химический коэффициент Ку полученных фаршей и белковых масс был рассчитан по методике, разработанной В. Д. Косым [6].

Расчет критерия химического состава осуществляется по формуле

К = ——,

Ф- Uw

где Б, ф - содержание белка и жира соответственно, %; и, - влагосодержание, т. е. содержание влаги в 1 кг абсолютно сухого остатка, кг/кг.

Ж

и = ——

, 1 - Ж ’

где Ж - содержание воды в рыбном фарше, доли единицы.

Комплексный коэффициент химического состава (Ку) рассчитывается по формуле

ТУ Б Б Ф

Ку =--------I---I---,

у ф- и, Ж Ж где Б/Ж и ф/Ж - коэффициенты обводнения белка и жира соответственно.

Результаты исследований и их обсуждение

В ходе исследований на кафедре «Пищевая биотехнология и технология продуктов питания» ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» был изучен химический состав неразделанного малорентабельного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна и рассчитаны критериальные показатели его качества (табл. 1).

Таблица 1

Химический состав и критериальные показатели качества неразделанного малорентабельного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна

Рыбное сырье Соде ржание, % Степень обводнения белков, Ко = В, %/Б, % Степень обводнения жира, Кж = Ж, %/В, %

воды белка жира минеральных веществ

Красноперка 78,2 ± 0,5 19,5 ± 1 2,0 ± 0,2 1,5 ± 0,1 4,0 0,027

Тарань 75,2 ± 0,5 19,8 ± 1 3,5 ± 0,1 1,5 ± 0,1 3,8 0,046

Синец 77,5 ± 0,5 19,1 ± 1 2,2 ± 0,1 1,7 ± 0,1 4,6 0,028

Чехонь 75,0 ± 0,5 21,0 ± 1 2,5 ± 0,1 1,5 ± 0,1 3,6 0,033

Г устера 74,5 ± 0,5 21,0 ± 1 2,4 ± 0,1 1,5 ± 0,1 3,5 0,032

Согласно данным табл. 1, неразделанное малорентабельное маломерное сырье ВолгоКаспийского бассейна по содержанию жира можно разделить на 2 группы: тощее - с содержанием жира до 3 % и среднежирное - с содержанием жира от 3 до 8 % [7].

К первой группе можно отнести красноперку, синца, чехонь, густеру, ко второй - тарань. По содержанию белка, варьирующему от 17,1 до 21,0 %, данное сырье относится к белковому и может быть использовано для получения пищевой продукции.

Работами ряда ученых установлено, что повышение степени обводнения белка (К0) не только приводит к улучшению консистенции фарша, но и повышает его водянистость [4, 8]. Это связано с тем, что увеличение К0 указывает на наличие в тканях воды, непрочно связанной с гидрофильными белковыми комплексами и плохо удерживаемой ими. В свою очередь, повышение жирности приводит к уменьшению К0 [8]. Таким образом, по степени обводнения белка (К0) и жира (Кж) маломерное рыбное сырье Волго-Каспийского бассейна можно разделить на следующие группы: водянистое (красноперка), плотное и сочное (тарань, синец), суховатое и плотное (густера, чехонь).

Общеизвестно, что различия в химическом составе значительно сказываются на физикохимических, биохимических и реологических показателях рыбы и фарша из нее и должны рассматриваться во взаимосвязи при изготовлении фаршевой продукции [8].

Изученные нами структурно-механические характеристики и критерии химического состава фаршей из малорентабельного маломерного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна представлены в табл. 2.

Таблица 2

Структурно-механические характеристики и критерии химического состава рыбных фаршей из малорентабельного маломерного сырья Волго-Каспийского бассейна

Рыбный фарш из маломерного сырья ВУС, % ПНС, Па К, доли единицы Ку, доли единицы

Красноперка 75,4 ± 1,3 585,0 ± 10,4 3,16 3,40

Синец 80,6 ± 0,8 694,0 ± 19,8 3,19 3,44

Чехонь 81,3 ± 1,2 678,0 ± 19,5 2,61 2,86

Г устера 82,9 ± 1,5 695,0 ± 17,1 2,80 3,11

Тарань 79,5 ± 1,7 677,0 ± 15,3 3,50 3,73

Данные табл. 2 подтверждают влияние химического состава рыбного сырья на структурно-механические свойства фаршей из них. Наименьшей ВУС обладает фарш из красноперки, который по критериальным показателям качества был отнесен к группе водянистых фаршей. Остальные виды рыб (синец, чехонь, густера, тарань), имеющие близкие состояния мышечных тканей («плотное и сочное» или «плотное и суховатое»), имеют практически близкие значения ВУС, варьирующие от 79,5 до 82,9 %.

Значения ВУС фаршей из малорентабельного рыбного сырья коррелируют и с ПНС. Фарши из синца, чехони, густеры и тарани имеют близкие значения ПНС, варьирующие от 677,0 до 695,0 Па, а наименьшим ПНС обладает фарш из красноперки.

Таким образом, структурно-механические характеристики рыбных фаршей из маломерного сырья, рассчитанные критерии химического состава и уточненные химические коэффициенты (табл. 2) подтверждают выделение в отдельные группы фарши из чехони и густеры, синца и тарани и красноперки.

Для того чтобы исключить необходимость классификации малорентабельного сырья на группы по химическому составу и структурно-механическим характеристикам, нами предлагается направлять их на производство рыбных белковых масс, основы технологии которых заложены А. П. Черногорцевым и Р. Г. Разумовской [5, 9]. Учеными предлагалось проведение гидролиза белковых веществ мелкой рыбы (анчоусовидной кильки, мойвы, сайки и др.) при повышенной температуре (55, 60, 65 °С) с целью разрушения структуры белковых веществ до крупных высокомолекулярных полипептидов, осаждаемых нагреванием, и высвобождения липидов, входящих в структуру клеток и сложных соединений. После частичного ферментолиза становилось 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.

На наш взгляд, использование повышенной температуры (до 65 °С) обосновано именно для данной группы сырья, обладающей активной ферментной системой. Для рассматриваемой нами группы малорентабельного маломерного сырья применение такой температуры нерационально, т. к. приводит к частичной денатурации ферментной системы рыбы и снижению ее активности, что отражается на скорости автопротеолиза. Применение же коммерческих ферментных препаратов нецелесообразно, т. к. оно повышает стоимость полученного продукта.

Таким образом, наши исследования по разработке технологии получения рыбной белковой массы из маломерного сырья Волго-Каспийского бассейна позволили установить, что в результате автолиза мышечной ткани рыбного сырья под действием собственных ферментов в присутствии воды при гидромодуле 1 : 1 в течение 5,2 ± 0,3 часа при оптимальной температуре 50,0 ± 0,2 °С и естественном рН 6,3 ± 0,1 степень дезагрегации белка составляла 10,3 ± 0,5 %, выход белковой массы - 42,5 ± 0,5 % [10].

С целью интенсификации процесса частичной дезагрегации рыбного белка маломерного сырья в качестве реакционной среды нами предлагается использовать не водную среду, а молочную творожную сыворотку, являющуюся побочным продуктом молочной промышленности.

Разработка технологических параметров получения рыбной белковой массы из маломерного сырья Волго-Каспийского бассейна в присутствии молочной сыворотки осуществлялась при варьировании температуры автопротеолиза от 30 до 60 °С, при естественном значении рН, составляющем 4,9 ± 0,1 при гидромодуле 1 : 1 и 4,3 ± 0,2 при гидромодуле 1 : 2 в течение 6 часов. Степень дезагрегации белков мышечной ткани в процессе автолиза оценивалась по динамике глубины гидролиза (рис. 1).

30 град 50 град

40 град 60 град

Продолжительность, ч 30 град И 40 град

50 град 60 град

б

Рис.

1. Зависимость степени дезагрегации рыбного белка мышечной ткани рыбного сырья от температуры при различном гидромодуле: а - гидромодуль 1 : 2; б - гидромодуль 1 : 1

а

Представленная на рис. 1 зависимость степени дезагрегации рыбного белка мышечной ткани маломерного сырья Волго-Каспийского бассейна от температуры при различном гидромодуле показывает, что использование молочной сыворотки в качестве реакционной среды увеличивает глубину гидролиза практически в 2 раза. Это связано с интенсификацией процессов частичной дезагрегации белков мышечной ткани под действием собственных ферментов при гидромодуле 1 : 2.

Влияние температуры на степень дезагрегации рыбного белка мышечной ткани неоднозначно. При температуре автолиза 30-35 °С практически не наблюдается существенных различий глубины гидролиза белков мышечной ткани, т. к. идет вполне закономерный процесс перехода неактивных форм пептидгидролаз мышечной ткани в активное состояние. Скорость этого перехода увеличивается при повышении температуры от 40 °С и выше и достигает своего оптимума при температуре 50-55 °С. Дальнейшее повышение температуры автолиза фаршей до 60 °С снижает степень дезагрегации рыбного белка, что обусловлено денатурационными изменениями ферментов мышечной ткани, имеющих белковую природу. Максимальная степень дезагрегации рыбного белка при получении белковых масс достигает 25 ± 2 % в течение 3 ± 0,5 часа при гидромодуле 1 : 2, постепенно снижаясь до 15 ± 2 % при увеличении продолжительности процесса до 6 часов.

Таким образом, рекомендуемыми параметрами получения рыбной белковой массы из маломерного сырья Волго-Каспийского бассейна в присутствии молочной сыворотки являются температура 52,0 ± 2,0 °С, продолжительность 3,0 ± 0,5 часа, гидромодуль 1 : 2 при естественном рН реакционной смеси, составляющем 4,3 ± 0,2. Интенсификация процессов частичной дезагрегации рыбного белка при получении белковых масс молочной сывороткой увеличивает их выход до 88,2 ± 0,2 % от массы фарша.

Химический состав белковых масс, полученных по установленным нами рациональным технологическим параметрам, и критериальные показатели их качества представлены в табл. 3.

Таблица 3

Химический состав и критериальные показатели качества белковых масс из маломерного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна

Белковая масса из маломерного сырья Соде] гжание, % Степень обводнения белков, К0 Степень обводнения жира, КЖ

воды белка жира минеральных веществ

Красноперка 70,7 ± 0,7 27,8 ± 0,8 1,8 ± 0,1 0,7 ± 0,1 2,6 0,06

Тарань 68,3 ± 0,9 29,0 ± 0,9 2,5 ± 0,1 0,6 ± 0,1 2,4 0,09

Синец 69,5 ± 0,7 28,0 ± 1,8 2,0 ± 0,1 0,5 ± 0,1 2,5 0,07

Чехонь 67,7 ± 0,5 29,0 ± 1,4 2,2 ± 0,1 0,8 ± 0,1 2,3 0,08

Г устера 68,9 ± 0,5 28,6 ± 1,5 2,3 ± 0,1 0,7 ± 0,1 2,5 0,09

Согласно данным табл. 3, рыбные белковые массы из различных видов малорентабельного сырья Волго-Каспийского бассейна имеют сходный химический состав. Незначительно отличается по химическому составу белковая масса из красноперки, которая характеризуется более низким содержанием белка (до 27,8 %) и жира (до 1,8 %). Критериальные показатели белковых масс, по которым можно судить об их консистенции, имеют близкие значения, независимо от видовой принадлежности маломерного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна.

Нами были изучены также структурно-механические характеристики и рассчитаны критерии химического состава полученных белковых масс (табл. 4).

Таблица 4

Структурно-механические характеристики и критерии химического состава рыбных белковых масс из маломерного сырья Волго-Каспийского бассейна

Белковая масса из маломерного рыбного сырья ВУС, % ПНС, Па К, доли единицы Ку, доли единицы

Красноперка 79,2 ± 0,3 523,0 ± 15,8 5,5 5,95

Синец 82,6 ± 0,9 594,0 ± 18,4 5,52 5,98

Чехонь 81,3 ± 1,1 588,0 ± 19,2 6,82 7,26

Густера 81,9 ± 0,5 592,0 ± 17,4 4,12 4,5

Тарань 79,5 ± 0,7 591,0 ± 24,8 6,40 6,81

Данные табл. 4 показывают, что белковые массы из малорентабельного рыбного сырья отличаются близкими структурно-механическими характеристиками, на которые не оказывает влияния видовой состав сырья. Проведение частичной дезагрегации рыбного белка повышает и ВУС белковых масс, что, по-видимому, связано с увеличением поверхности поглощения воды, приводящим к повышению количества адсорбционно-связанной воды и, соответственно, к росту ВУС [4].

Таким образом, частички белковых масс взаимодействуют не только в результате прямого контакта с водой, но и через мостики, образованные белковыми молекулами, пронизывающими водные прослойки и имеющими гидратную оболочку, т. е. вода достаточно прочно удерживается поверхностью белковых молекул массы. Это обусловлено, на наш взгляд, тем, что в процессе данной технологической обработки протекают не только физико-химические изменения, связанные с размером частиц измельченного сырья, химическим составом, но и биохимические, способствующие дезагрегации белка мышечной ткани рыбы и обусловливающие связывание воды с белком.

Значения ВУС полученных белковых масс коррелируют также и с их ПНС, варьирующими от 523,0 до 594,0 Па. Критерии химического состава и уточненные химические коэффициенты белковых масс превышают данные показатели рыбных фаршей из маломерного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна в 1,5-1,8 раза.

Технологическая схема получения белковой массы из малорентабельного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна представлена на рис. 2.

Прием сырья

І

Размораживание > Сточные воды

▼

Разделка на тушку

Т

Мойка Сточные воды

Г рубое измельчение

______________I_______________

Составление реакционной смеси.

Соотношение 1 : 3, рН 4,3 ± 0,1 *

Ферментирование г = 50 °С ± 2; т = 2,2 ± 0,2 часа *

Инактивация г = 80 °С...90 °С; т = 15-20 мин

Ї

Центрифугирование +■ Отработанная реакционная среда ► Т ехническая продукция

*

Плотная часть *■ Костный остаток +■ Кормовая и техническая продукция

Ї

Неопресс

+

Белковая масса Расфасовка

і

Упаковка и маркировка > Замораживание

♦

Хранение г = -18 °С; т = 6 мес. 4

Рис. 2. Схема технологического процесса производства белковой массы из малорентабельного рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна

Заключение

Таким образом, исследования позволили установить, что для получения белковых масс с близкими показателями качества из маломерного рыбного сырья, отличающегося технологическими свойствами, может быть рекомендована частичная дезагрегация белка рыбного фарша в присутствии молочной сыворотки при температуре 52 ± 2,0 °С, гидромодуле 1 : 2 и естественном рН реакционной смеси, составляющем 4,3 ± 0,2, в течение 3,0 ± 0,5 часа, которая оказывает положительное влияние на структурно-механические характеристики белковых масс, улучшая структуру и консистенцию, повышая их пластичность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Концепция развития рыбного хозяйства Российской Федерации на период до 2020 года. Одобрена распоряжением Правительства Российской Федерации от 02.09.2003 № 1265-р, СЗ РФ 2003 № 36, ст. 3557.

2. ГОСТ 7636-85. Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа / Межгос. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - М.: Изд-во стандартов, 1998. - 60 с.

3. ГОСТ Р 50814-95. Мясопродукты. Методы определения пенентрации конусом и игольчатым индентором. - М.: Госстандарт России, 1996. - 8 с.

Прием молочной сыворотки

4. Кизеветтер И. В. Биохимия сырья водного происхождения. - М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 424 с.

5. Черногорцев А. П., Разумовская Р. Г. Технология получения новых белковых продуктов: учеб. пособие для вузов. - Мурманск, 1999. - 76 с.

6. Косой В. Д. Инженерная реология питательных сред. - СПб.: ГИОРД, 2007. - 664 с.

7. Сафронова Т. М., Дацун В. М. Сырье и материалы рыбной промышленности. - М.: Мир, 2004. - 272 с.

8. Маслова Г. В., Маслов А. С. Реология рыбы и рыбных продуктов. - М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1981. - 216 с.

9. 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.

10. Цибизова М. Е., Язенкова Д. С., Аверьянова Н. Д. Интенсификация процессов автобиотрансформации рыбного сырья // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Рыбное хозяйство. - 2009. - № 1. - С. 176-180.

Статья поступила в редакцию 25.05.2011

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Язенкова Дарья Сергеевна - Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Пищевая биотехнология и технология продуктов питания»; [email protected].

Yazenkova Darya Sergeevna - Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Food Biotechnology and Technology of Foodstuff"; [email protected].

Аверьянова Нелля Дамировна - Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Пищевая биотехнология и технология продуктов питания»; [email protected].

Averyanova Nellya Damirovna - Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Food Biotechnology and Technology of Foodstuff"; [email protected].

Цибизова Мария Евгеньевна - Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; зав. кафедрой «Пищевая биотехнология и технология продуктов питания»; [email protected].

Tsibizova Maria Evgenievna - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Science, Assistant Professor; Head of the Department "Food Biotechnology and Technology of Foodstuff"; [email protected].