CC BY
62
УДК 577.112: 664.952/.9Б7
Новые данные об использовании коллагеновых гидролизатов
в технологии рыбных полуфабрикатов
Н. Ю. Зарубин, Н. В. Литвинова, канд. техн. наук, Ю. В. Фролова
Московский государственный университет пищевых производств О. В. Бредихина, д-р техн. наук, доцент Московский государственный университет технологий и управления им. К. Г. Разумовского (ПКУ)
В условиях рыночной экономики, глубокой переориентации рынка и продовольственной безопасности страны особое значение имеет развитие пищевой, в частности рыбной отрасли. Приоритетными направлениями увеличения продуктов питания становятся: эффективное и рациональное использование перерабатывающей промышленностью сельскохозяйственного сырья; совершенствование способов его обработки; внедрение ресурсосберегающих и безотходных технологий; хранение и транспортировка. Особое развитие получают технологии, позволяющие максимально использовать природное сырье. Одним из видов такого сырья является рыбное коллагенсо-держащее сырьё, в частности кожа рыб, которая содержит в своем составе немаловажный белок - коллаген. В последнее время данный вид сырья используется нерационально и основном является отходами рыбоперерабатывающей отрасли [1, 2].
Для расщепления межмолекулярных и пептидных связей коллагена используют различные способы обработки сырья с высоким его содержанием: воздействуют протеиназа-ми, щелочами, кислотами или осуществляют физико-химическое воздействие. Методы химического и физико-химического воздействия требуют больших потерь времени, применения в работе растворов щелочей, солей и кислот в высоких концентрациях и больших затрат на очистку сточных вод. Наиболее перспективным способом обработки, по нашему мнению, является биомодификация, которая позволяет перевести компоненты соединительной, хрящевой и мышечной ткани в растворимое и легкоусвояемое состояние и, тем самым, повысить эффективность их использования [3, 4].
Проведенными исследованиями была доказана возможность получения нового ПФО путем частичной биомодификации рыбного коллаген-содержащего сырья, а именно: кожи нерки, трески и кеты коммерческим ферментным препаратом животного происхождения Протепсин по ТУ 9219-005-42789257-2005 [5, 6]. Эта технология открывает возможности рационального использования рыбного сырье с высоким содержанием коллагена в пищевой промышленности в качестве многофункциональных гидролизатов. Дополнительно данные ПФО были обработаны раствором лимонной кислоты, с целью улучшения их органолептических характеристик, сведению к минимуму неприятного рыбного запаха. Такая модификация рыбного сырья способствует получению гидроли-затов с менее выраженным рыбным запахом и наличием фрагментов коллагенового волокна, которые будут способствовать структурообразо-ванию готового продукта, тем самым улучшая его качественные характеристики.
Цель работы - изучение влияния ПФО из кожи рыб на физико-химические и функционально-технологические свойства модельных рыбных фаршевых систем до и после термической обработки, а также определение, на основе экспериментальных данных их оптимального уровня замены.
В качестве объектов исследования использовали ПФО, полученные из кож нерки (НФО), трески (ТФО) и кеты (КФО), посредством биомодификации коммерческим ферментным препаратом Протепсин с дальнейшей их обработкой раствором лимонной кислоты по следующей технологии:
исследуемое рыбное коллагенсо-держащее сырье после промывки
проточной водой с температурой 18...20 °С в течение 20 мин и зачистки от прирезей мышечной ткани, подвергали измельчению на волчке с диаметром отверстий подрезной решетки 2-5 мм;
измельченное сырье заливали предварительно растворенном в воде ферментным препаратом Протепсин. Гидромодуль сырье:вода выбран эмпирически (соответственно 1:2), с учетом полного погружения сырья в раствор. Фильтрат получали посредством механического отделения жидкой субстанции от субстрата через фильтр с диаметром отверстий 0,1 мм.
На основе экспериментальных данных были разработаны режимы ферментативной обработки:
для кожи нерки продолжительность воздействия 2,5 ч при концентрации ферментного препарата 0,05 %;
для кожи трески продолжительность воздействия составила 2 ч при концентрации ферментного препарата 0,05%;
для кожи кеты продолжительность воздействия 2,5 ч при концентрации ферментного препарата 0,05%.
Непосредственно после ферментации ПФО обрабатывали раствором лимонной кислоты с концентрацией
0.3 % от массы ПФО и настаивали в течение 45 мин при постоянном перемешивании и температуре 20 °С. Соотношение ПФО:раствор составляло 1:3. Затем раствор сливали и промывали полученную коллоидную массу водой. Качественные характеристики полученных ПФО из кожи рыб представлены в табл. 1.
Данные, представленные в табл.
1, свидетельствуют, что наибольшее содержание влаги наблюдается в образце ТФО (71,01%), что на 0,74 и 3,32% больше чем в НФО и КФО.
Таблица 1
Физико-химические и функционально -технологические свойства продуктов ферментативной обработки из кожи рыб
Показатели НФО ТФО КФО
Содержание влаги, % 70,27+2,94 71,01+2,96 67,69+2,83
Содержание белка, % 25,33+0,28 25,68+0,28 29,34+0,32
Содержание соединительнотканных белков, % от общего белка 81,23+0,64 69,15+0,54 84,73 + 0,75
в том числе коллаген, % 76,99+0,67 65,54+0,47 80,31+0,69
Содержание жира, % 0,15+0,01 0,13+0,01 0,11+0,01
Содержание золы, % 4,25+0,18 3,18+0,13 2,86+0,12
рН, ед. 5,49+0,02 5,56+0,02 5,43+0,02
ВСС, % к общей влаге 81,03+3,39 54,32+2,27 72,99+3,05
ВУС, % к сухомувеществу 165,11+4,02 341,28+8,79 221,49+5,43
ЖУС, % к сухомувеществу 457,03+13,10 219,49+5,83 292,01+9,15
Пластичность, 10-2 см2/ г 1,23+0,05 1,84+0,08 1,37+0,06
ПНС, Па 226,45+5,46 219,32+6,11 232,11 + 5,68
Таблица 2
Основные показатели качества рыбных фаршевых систем с НФО
Показатели Контроль Количество вносимого НФО, %
5 10 15 20
До тепловой обработки
Влага, % 81,22+1,99 73,33+1,79 76,67+1,88 77,69+1,90 74,56+1,83
ВСС, % к общей влаге 68,46+1,68 81,85+2,01 77,03+1,89 76,79+1,88 71,46+1,75
ПНС, кПа 0,96+0,02 0,92+0,02 0,85+0,02 0,81+0,02 0,73+0,02
рН, ед. 6,05+0,03 5,74+0,02 5,71+0,02 5,65+0,02 5,61+0,02
После тепловой обработки
ВУС, % к сухому веществу 348,48+8,54 235,50+5,77 204,46+5,01 258,60+6,34 283,09+6,94
ЖУС, % к сухому веществу 95,11+2,33 274,36+6,12 315,32+7,73 162,56+3,98 313,78+7,69
По содержанию белка, самый высокий показатель имел образец КФО - 29,34%, также в нем содержится больше коллагена, чем в других образцах. Во всех ПФО из кожи рыб содержание жира находится на незначительном уровне по сравнению с нативным сырьем, у которого анализируемый показатель был выше, но наибольшее его количество наблюдается в НФО. Понижение массовой доли жира в ПФО связано со способом обработки. Во время биомодификации кожи рыб происходит переход жировой фракции в раствор, что и повлияло на общее содержание жира в системе. Также в НФО содержится большее количество золы - 4,25%, по сравнению с другими образцами. Высокий показатель массовой доли золы в ПФО связан с особенностями кожного покрова рыбы, который характеризуется большим содержанием минеральных веществ в своем составе, что непосредственно влияет на общее содержание золы в ПФО из кожи рыб. Показатель ионов водорода рН образцов находился в допустимых пределах для пищевой промышленности.
Во всех изучаемых образцах функционально технологические свойства находятся на высоком уровне, но наименьшая влагосвязы-вающая способность (ВСС) у ТФО (54,32 %), что на 26,71 и 18,67 % меньше чем у НФО и КФО. Наибольшие значения водо- и жироу-держивающей способности (ВУС и ЖУС) имеют образцы ТФО и НФО. Наибольшая пластичность и предельное напряжение сдвига (ПНС) наблюдается в образцах ТФО и КФО соответственно.
С учетом полученных результатов, были проведены исследования по изучению влияния ПФО из кожи рыб на фаршевые системы с целью обоснования их использования в технологии рыбных полуфабрикатов, в частности рыбных рулетов.
Для изучения взаимодействия ПФО с рыбным сырьем, были исследованы физико-химические, структурно-механические, функционально-технологические свойства модельных фаршевых систем. При составлении рыбного фарша использовали филе минтая с добавлением 15% воды и 1 % соли к массе сырья. Замена
рыбного сырья на ПФО осуществлялась в адекватном количестве 5, 10, 15 и 20%. Измельченное и посоленное рыбное сырье смешивали с каждым ПФО из кожи рыб, взятом в выбранных соотношениях. Контролем служил образец без внесения ПФО из кожи рыб. Указанные уровни замены рыбного сырья на ПФО обосновывались литературными данными.
Выработка таких модулей и последующее изучение их свойств - очень известный, зарекомендовавший себя способ, поскольку позволяет получить полную информацию об изменении исследуемых характеристик при небольших экономических затратах и временных потерь [3, 7, 8].
В приготовленных системах исследовали изменение содержания влаги, рН, предельное напряжение сдвига и водосвязывающую способность; после тепловой обработки - влагоудерживающую и жироудер-живающую способности.
Полученные в соответствии с предусмотренными вариантами фарши модельных рыбных систем характеризовались свойствами, представленными в табл. 2-4.
Результаты табл. 2 показывают, что количество влаги в рыбных фаршевых системах с НФО уменьшалось по сравнению с контролем. С возрастанием уровня замены рыбного сырья на НФО, наблюдалось повышение влаги в образцах. Наибольшие содержание влаги показал образец с 15 %-ным содержанием НФО - 77,69%. Уменьшение влаги по сравнению с контролем можно объяснить тем, что в НФО содержится меньшее количество влаги по сравнению с рыбным фаршем, поэтому при замене рыбного сырья на НФО происходит снижение общего содержания влаги в фаршевых системах.
Влагосвязывающая способность увеличилась во всех образцах рыбных фаршевых систем, по сравнению со значением ВСС у контрольного образца. С возрастанием уровня замены рыбного сырья на НФО влагосвя-зывающая способность уменьшается. Наибольшие значения ВСС показали образцы с 5 и 10%-ным содержанием НФО, а именно - 81,85 и 77,03% соответственно.
ПНС постепенно уменьшалось с увеличением количества вносимого НФО и достигло минимума при добавлении 20% НФО - 0,73 к ПА.
Эти изменения связаны с увеличением количеств соединительнот-
канного белка в составе модельной мясной системы, что приводило к повышению ее гидрофильных свойств за счет присутствия диспергированных коллагеновых волокон и, соответственно, возникновения новых реакционно-активных связей. Происходит взаимодействие волокон коллагена с диполями воды, благодаря чему фарш становится пластичнее. Последний факт позитивно характеризует модельный фарш с точки зрения образования коагуляционной вязко-пластичной структуры, характерной для сырого фарша.
Величина рН - главный показатель рыбной продукции, который влияет на качественные показатели: общая влага, микробиальная обсеменен-ность и потери массы после термообработки. У контрольного образца значение рН выше, чем у опытных образцов. С увеличением уровня замены рыбного сырья на НФО наблюдается снижения рН в кислую сторону. Снижения рН опытных образцов в кислую сторону, по сравнению с контрольным образцом, связано со значением рН для ПФО. Данные рН опытных образцов свидетельствуют о том, что по сравнению с контрольным образцом значение изучаемого показателя уменьшилось с 6,05 до 5,61 и находится в пределах, характерных для рыбных фар-шевых систем, и не может оказывать негативного влияния на качество продукта.
После тепловой обработки во-доудерживающая способность образцов была ниже, по сравнению со значением для контрольного образца, но возрастала с увеличением содержания НФО в фаршевых системах. Минимальная ВУС наблюдается у образца с 10%-ным содержанием НФО, после этого порога происходит повышение ВУС до максимального значения, которое составило при 20%-ной замене рыбного сырья на НФО - 283,09%. Таким образом, водоудерживающая способность имеет тенденцию к росту до определенного уровня замены рыбного сырья на НФО
Значения жироудерживающей способности для всех образцов рыбных фаршевых смесей с НФО были значительно выше, чем у контрольного образца и максимум этого показателя достигнут для рыбной системы с внесением 10% НФО, и составил -315,32%. Минимальное значение ЖУС наблюдается в рыбных системах с внесением 15% НФО и составило -162,56 %.
Данные табл. 3 характеризуют свойства модельных рыбных фарше-вых систем с ТФО. Следует отметить, что динамика изменений изучаемых показателей с этим видом ПФО аналогична системам с НФО.
ВСС уменьшается с 92,19 до 73,72% при внесении ТФО с 5 до 20% соответственно. Показатель ПНС уменьшался с повышением уровня замены рыбного сырья на ТФО.
Величины рН как опытных, так и контрольного образцов находились в пределах, характерных для данных видов рыбных изделий и снижались с повышением уровня замены.
Водо- и жирудерживающая способность повышается до определенного порога уровня внесения ТФО. Наиболее высокие значения ВУС и ЖУС имели образцы с внесением 15 и 20% ТФО.
Аналогичная динамика наблюдается при исследовании влияния уровня замены рыбного сырья на КФО (табл. 4), но ВСС увеличивается с 86,77 до 92,21% при внесении КФО от 5 до 20%. Минимальное значение ВСС наблюдается у образца с 10% содержанием КФО. ЖУС уменьшается с повышением уровня замены на КФО в рыбных фаршевых системах. Минимальное значение этого показателя наблюдается при 20%-ной замене
рыбного сырья КФО и составляет 114,08.
Остальные показатели изменяются аналогично модельным системам с НФО и ТФО.
Исходя из анализа результатов исследований, наиболее рациональным вариантом можно считать замену рыбного сырья на ТФО в количестве 15%, на КФО и НФО - 10%. В этих случаях изученные образцы характеризовались значительными величинами ВУС и ЖУС, что является позитивным фактором при формировании консистенции рыбных продуктов. В связи с вышеперечисленным, рекомендуется использовать разработанный гидролизат из кожи рыб в технологии рыбных полуфабрикатов, а именно рыбных рулетов, для улучшения качественных характеристик, а в частности структуры готового продукта.
На основе гидролизатов из кожи нерки, трески и кеты разработан состав композиции, также включающий в себя растительные компоненты, такие как мука из семян льна и клубней топинамбура, содержащих в своем составе дополнительный белок, способный сбалансировать неполноценность коллагена, и инулин, который является естественным пребиотиком, позволяющим улучшить мотори-
Таблица 3
Основные показатели качества рыбных фаршевых систем с ТФО
Показатели Контроль Количество вносимого ТФО, %
5 10 15 20
До тепловой обработки
Влага, % 81,22+1,99 80,12+1,96 80,76+1,98 83,33+2,04 76,67+1,88
ВСС, % к общей влаге 68,46+1,68 92,19+2,26 84,02+2,06 75,27+1,84 73,72+1,81
ПНС, кПа 0,96+0,02 0,86+0,02 0,73+0,02 0,67+0,02 0,64+0,02
рН, ед. 6,05+0,03 5,93+0,03 5,90+0,02 5,87+0,02 5,84+0,02
После тепловой обработки
ВУС, % к сухому веществу 348,48 + 8,54 320,17+7,84 367,78+9,01 412,21+10,10 269,48+6,61
ЖУС, % к сухому веществу 95,11+2,33 142,45+3,49 174,76+4,28 89,02+2,18 215,89+5,28
Таблица 4
Основные показатели качества рыбных фаршевых систем с КФО
Показатели Контроль Количество вносимого КФО, %
5 10 15 20
До тепловой обработки
Влага, % 81,22+1,99 77,12+1,89 78,47+1,92 76,67+1,88 79,23+1,95
ВСС, % к общей влаге 68,46+1,68 86,77+2,13 83,29+2,04 87,83+2,15 92,21+2,28
ПНС, кПа 0,96+0,02 0,87+0,02 0,79+0,02 0,73+0,02 0,68+0,02
рН, ед. 6,05+0,03 5,77+0,02 5,67+0,02 5,56+0,02 5,52+0,02
После тепловой обработки
ВУС, % к сухому веществу 348,48+8,54 275,35+5,34 300,16+7,35 269,80+6,61 351,35+7,73
ЖУС, % к сухому веществу 95,11+2,33 298,12+ 6,12 193,03+4,73 215,89+5,29 114,08+2,79
ку желудочно-кишечного тракта, а также повысить иммунную защиту организма за счёт фруктозы. Такая композиция позволит улучшить качественные показатели готового продукта, получить продукт с заданной структурой за счет фрагментов коллагенового волокна и решить проблему, связанную с дефицитом пищевых веществ, которые так полезны для человеческого организма.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андрусенко, П. И. Малоотходная и безотходная технология при обработке рыбы/П. И. Андрусенко. - М.: Агро-промиздат, 1988. - 112 с.
2. Васюкова, А. Т. Переработка рыбы и морепродуктов: учеб. пос./А. Т. Васюкова. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и КО», 2009. - 104 с.
3. Литвинова, Е. В. Композит на основе биомодифицированного коллаген-содержащего сырья и растительных компонентов: получение, свойства, использование в технологии мясных продуктов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.: 2015. - 26 с.
4. Цибизова, М. Е. Использования рыбного белка в сбалансированном пита-нии/М. Е. Цибизова, Н. Д. Аверьянова // Вестник АГТУ. - 2009. - № 1. - С. 166-169.
5. Бибишев, Р. А. Совершенствование технологии производства мясных про-
дуктов с применением ферментного препарата протепсин: автореф. дис____канд.
техн. наук. - Воронеж, 2007. - 24 с.
6. Подвигина, Ю. Н. Применение ферментного препарата протепсин в технологии мясных порционных полуфабрикатов и соусов: автореф. дис____ канд.
техн. наук. - Воронеж, 2009. - 24 с.
7. Бредихина, О. В. Научные основы производства рыбопродуктов/ О. В. Бредихина, С. А. Бредихин, М. В. Новикова. -М.: КолоС, 2009. - 152 с.
8. Титов, Е. И. Модификация растительного и животного сырья в технологии мясных продуктов/Е. И. Титов, Л. Ф. Митасева, С. К. Апраксипа. - М., 2009. - 345 с.
Новые данные об использовании коллагеновых гидролизатов в технологии рыбных полуфабрикатов
Ключевые слова
биомодификация; кожа рыб; коллаген; продукты ферментативной обработки; ферментативная обработка, ферментный препарат
Реферат
Одним из перспективных видов сырья, которое целесообразно использовать в пищевых целях является коллагенсодержащее, получаемое в результате переработки различных видов рыб. По действующим в настоящее время нормативам основная масса рыбы, поступающей в продажу должна быть без кожи. Практически на всех крупных рыбоперерабатывающих предприятиях кожа рыб, по сути, является отходами производства, подлежащими утилизации. В работе исследуются вопросы рационального использования в пищевой промышленности вторичного сырья рыбоперерабатывающих предприятий - кожи рыб и предложена технология получения продуктов ферментативной обработки (ПФО) из кожи нерки, трески и кеты за счет биотехнологической обработки ферментным препаратом Протепсин совместно с раствором лимонной кислоты. Разработанная технология позволяет получить ПФО с более высокими органолептическими характеристиками и содержащих в себе фрагменты коллагенового волокна, которые будут участвовать в структурообразовании готового продукта. Основной целью исследования являлось: изучение влияния ПФО из кожи рыб на свойства модельных рыбных фаршевых систем и определение оптимального уровня замены рыбного сырья на ПФО. Исследования проводились согласно общепринятым методикам кафедры «Технологии и биотехнологии продуктов питания животного происхождения» Московского государственного университета пищевых производств. В работе изучали физико-химические и функционально-технологические свойства ПФО из кожи нерки, трески и кеты, и свойства фаршевых систем с добавлением ПФО до и после термической обработки. Уровень замены составил от 5 до 20%. По результатам исследований сделан вывод об оптимальном уровне замены рыбного сырья на ПФО из кожи нерки, трески и кеты, который составил 10-15%.
Авторы
Зарубин Никита Юрьевич,
Литвинова Елена Викторовна, канд. техн. наук,
Фролова Юлия Владимировна,
Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, [email protected] Бредихина Ольга Валентиновна, д-р техн. наук, доцент, Московский государственный университет технологий и управления им. К. Г. Разумовского (ПКУ), 109004, Москва, Земляной вал, д. 73, [email protected]
New Data on the Use of Collagen Hydrolyzate in the SemiFinished Fish Technology
Key words
fish skin; biomodification; enzymatic treatment; enzyme preparation; collagen; products of enzymatic processing
Abstracts
One of the promising raw materials that can be used for food purposes, namely, to technology of fish products, is a collagen-containing raw material obtained by processing various types of fish. According to the currently applicable standards of the bulk of the sales of fish should be skinless. As a result, all the major fish processing companies fish skin, in fact, is the waste subject to disposal. This paper investigates the issue of rational use in the food industry of secondary raw materials fish processing plants - fish skin and the technology of obtaining the products of enzymatic processing (PEP) from the skin of sockeye salmon, cod and salmon through biotechnological processing enzyme preparationProtepsintogether with the citric acid solution. The developed technology allows to obtain PEP with a higher organoleptic characteristics and containing fragments of collagen fibres which will participate in the structuring of the finished product. The main purpose of the study was: to study the effect of PEP from the fish skin on the properties of fish meat model systems and determination of optimal level of replacement of fish raw material on the PEP. The studies were conducted according to standard techniques at the Department of Technology and biotechnology of food of animal origin, Moscow state University of food production. Studied how physico-chemical and functional and technological properties of PEP from the skin of sockeye salmon, cod and salmon, and the properties of meat systems introduced PEP before and after heat treatment. The level of replacement was considered from 5 to 20%. According to the research results, it was concluded that the optimum level of replacement of fish raw material on the PEP from the skin of sockeye salmon, cod and chum salmon made up 10-15%.
Authors
Zarubin Nikita Yuryevich,
Litvinova Elena Viktorovna, Candidate of Technical Science, Frolova Yuliya Vladimirovna,
Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoye Shosse, Moscow, 125080, [email protected]
Bredikhina Olga Valentinovna, Doctor of Technical Science, Docent, Moscow State University of Technology and Management named after K.G. Razumovsky, 73, Zemlyanoy Val St., Moscow, 109004, [email protected]
