CC BY
155
УДК 664.951
А.И. Вахрушев, С.Н. Максимова, Т.М. Сафронова, Д.В. Полещук, Дальрыбвтуз, Владивосток
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ИЗ ГИДРОБИОНТОВ, СБАЛАНСИРОВАННЫХ ПО АМИНОСАХАРАМ
Обосновывается и разрабатывается технология белковолипидной эмульсии, обладающей противоартритным действием благодаря наличию в ее составе гексозаминов. Полиэлектролитный комплекс «хитозан-карбоксиметилцеллюлоза» использован целевым назначением как загуститель эмульсии.
Гидробионты служат богатым источником многих видов биологически активных веществ, в том числе и глюкозамина, который в последние годы привлекает внимание исследователей как противоартритное средство.
В тканях животных, в том числе гидробионтов, из аминосахаров обнаружены преимущественно производные гексоз - глюкозамин, галактозамин, маннозамин и их Ы-ацетилпроизводные. Маннозамин встречается редко (как промежуточный продукт биосинтеза сиаловых кислот), а основное количество аминосахаров составляют глюкоз- и галактозамин. По физическим и химическим свойствам оба аминосахара близки между собой, трудно определяются раздельно, поэтому в объектах исследования они часто представлены как сумма гексозаминов.
Гексозамины химически активны, образуют многие производные -высоко устойчивые соли, гетероциклические соединения, оксиметилфурфурол, основания Шиффа [1].
Синтезируются гексозамины главным образом в печени, их углеводная цепь образуется из гексоз, а источником аминогруппы является глутамин. Дальнейшее превращение гексозаминов приводит в конечном итоге к образованию смешанных биополимеров -гликозаминогликанов, гликопротеинов, гликолипидов, играющих значительную физиологическую роль.
В организме человека с возрастом или при заболевании количество углеводсодержащих биополимеров, уровень и качественный состав аминосахаров в них подвержены изменениям. Недостаток их может служить причиной развития патологических процессов при артритах, атеросклерозе, ранениях, ожогах, дисбактериозе и др. Дефицит биополимеров устраняют путем введения в организм соединений, выделенных из животных тканей и высоко очищенных. При этом следует отметить, что природный ресурс углеводсодержащих биополимеров весьма ограничен и не удовлетворяет спрос на них.
В последние годы установлено, что лимитирующим фактором синтеза гликозаминогликанов в организме является глюкозамин и что он, будучи введен перорально, оказывает лечебный эффект при артритах. Таким образом, имеются основания относить глюкозамин к эссенциальным нутриентам [2].
Практическое обеспечение экзогенным глюкозамином сейчас осуществляется за счет широкого применения БАД к пище, основу которых составляет гидрохлорид или сульфат глюкозамина, получаемый путем гидролиза хитина, источники которого постоянно возобновляются в природе.
Последние поколения БАД противоартритного действия помимо глюкозамина включают и природные источники галактозамина -хондроитин и хондроитин сульфат или ткани гидробионтов, богатые ими (хрящи акул, лососей, кальмаров, оболочку и внутренности голотурий), которые в отдельных препаратах могут быть частично гидролизованы для более полного усвоения [З, А].
Тем не менее, частота, длительность и монотонность приема БАД, достаточно крупные размеры их таблеток или капсул вызывают у отдельных категорий лиц затруднения в применении препаратов.
Анализ количественного и качественного составов аминосахаров в БАД и некоторых тканях промысловых гидробионтов позволяет отметить их подобие и считать возможной разработку технологии функциональных пищевых продуктов как альтернативу препаратам противоартритного действия.
Для обоснования технологии надлежало установить:
- вид гидробионтов и их тканей в качестве основного гексозаминсодержащего сырья,
- максимально допустимый уровень гексозаминов в продукте в зависимости от его сенсорных характеристик,
- термическую устойчивость глюкоз- и галактозамина при высокой концентрации реагентов, ожидаемой в функциональном продукте.
По содержанию гексозаминов в промысловых рыбах, беспозвоночных и морских млекопитающих накоплен представительный материал, который свидетельствует, что количество аминосахаров в тканях гидробионтов колеблется в значительных пределах и составляет от 10 до 480 мг/100 г.
К числу наиболее богатых аминосахарами органов и тканей относятся: икра рыб и морских ежей, оболочка тела и внутренности трепанга и кукумарии, кожа и хрящи рыб, кальмаров, осьминогов, мягкая подпанцирная пленка крабов, межмышечная соединительная ткань, хрящи, плавники и спермацетовый орган морских млекопитающих.
Суточная норма потребления аминосахаров в различных литературных источниках называется от 250 до 6000 мг, но в настоящее время большинство фирм-производителей БАД рекомендуют ее равной 1000 мг: 750 мг глюкозамина в сочетании с 250 мг хондроитина.
Сопоставление суточной нормы и уровня гексозаминов в сырье показывает, что 100 г тканей гидробионтов с содержанием аминосахаров выше среднего уровня могут компенсировать потребность человека в них на 25-50 %.
Доведение уровня аминосахаров до суточной нормы может осуществляться за счет введения препарата глюкозамина (гидрохлорид либо сульфат) в функциональный продукт. Необходимо уточнить, что глюкозамин используют в виде соли серной или соляной кислоты и исследований их сравнительной физиологической эффективности проведено не было.
В отдельных случаях путем частичного удаления воды из сырья, например, при вялении, сушке, холодном копчении только снижением влажности можно добиться удвоения доли гексозаминов в изделии вплоть до достижения им уровня суточной нормы.
Актуальными с позиции содержания гексозаминов в готовом продукте могут стать ферментативные технологии, применение которых особенно целесообразно при переработке вторичного сырья - кожи, хрящей, соединительной ткани ястыков, накапливающихся в икорном производстве, и др.
Несмотря на известную роль гексозаминов в технологии гидробионтов [5], влияние этих соединений, введенных в продукт в значительном количестве, на сенсорные характеристики не исследовалось.
В эксперименте по оценке допустимого уровня гексозаминов в функциональном продукте исследовали водные растворы и модельные системы с добавлением переменного количества (0-1 %) глюкозамина гидрохлорида. В качестве сырья для модельных систем использовали предварительно измельченную и бланшированную кукумарию (Cucumaria japónica) как один из объектов с высоким уровнем гексозаминов (240 мг на 100 г) и в противоположность ей - мышечную ткань горбуши (Oncorhynchus gorbuscha) с предельно низким (3 мг на 100 г) их содержанием.
При визуальном осмотре и определении запаха объектов присутствие глюкозамина дегустаторами не обнаружено, однако отмечены достоверные изменения во вкусе растворов и модельных систем.
Во всех исследованных системах глюкозамин вызывает схожие изменения вкуса, состав единичных показателей и интенсивность которого зависит от концентрации аминосахара. При этом общим положением остается факт декорирующего действия пищевой среды -фарша из гидробионтов - на интенсивность воспринимаемого вкуса. Сравнительная оценка интенсивности вкуса глюкозамина в двух видах фарша показала преимущества декорирующего влияния горбуши перед кукумарией, очевидно за счет их различия в содержании экстрактивных веществ.
В процессе опробования растворов и модельных систем составляющие вкуса проявляются в определенной последовательности. Порог распознавания глюкозамина лежит в пределах концентрации 0,4 % для раствора и 0,5 % - для модельных систем. При указанных концентрациях дегустаторы воспринимают его присутствие по щиплющему ощущению. По мере роста содержания глюкозамина к щиплющему ощущению присоединяются сначала кислый вкус, затем сладкий и горький. Дальнейшее увеличение концентрации глюкозамина ведет к повышению интенсивности сладкого и горького вкуса и снижению щиплющего и кислого.
Оценка вкуса по таким интегральным сенсорным показателям, как общее впечатление положительное (ОВП) и отрицательное (ОВО) позволяет отметить приемлемость исследованных объектов по вкусу при концентрации глюкозамина 0,7 % и их допустимость при содержании добавленного аминосахара 1 %.
Судя по сенсорным характеристикам исследованных растворов и модельных систем, ткани гидробионтов могут быть использованы для изготовления функционального продукта противоартритного действия с ограниченным количеством внесенного глюкозамина, равным 1 %
Есть основания предполагать, что уровень аминосахаров в функциональном продукте может убывать в результате их участия в реакции Майяра [5]. Известно, что при воздействии тепла на ткани гидробионтов содержание в них гексозаминов снижается на 25-85 % в зависимости от вида греющей среды, температуры и продолжительности обработки.
Исследование кинетики реакции Майяра проводили на водных растворах индивидуальных гексозаминов переменной концентрации
0,25-1,5 % и рН 4,5-7,5 при термической обработке (температура 98 °С, продолжительность 30 мин), что приближено к условиям обработки гидробионтов.
УФ-спектры термически обработанных растворов гексозаминов позволили установить изменение светопоглощения и характерную для меланоидинов максимальную длину волны, которая в растворе галактозамина составила 272-273, а глюкозамина - 275-276 нм.
Концентрационная и рН зависимость оптической плотности растворов обоих гексозаминов носит прямолинейный характер и свидетельствует о несколько большей скорости реакции Майяра в среде с галактозамином.
С результатами спектрофотометрического исследования реакционных сред хорошо согласуется опережающий рост рН после нагревания растворов галактозамина по сравнению с глюкозамином.
Меланоидины, полученные из обоих аминосахаров, обладают схожими по характеру и интенсивности сенсорными свойствами: запахом, включающим тона карамельного, кисловатого и мелового, и цветом, описанным дегустаторами как коньячный.
Таким образом, в связи с неустойчивостью глюкоз- и галактозамина в водных растворах и пищевых средах при нагревании, процесс их внесения должен осуществляться после термической обработки продукта.
Проектирование рецептуры и технологии функционального продукта противоартритного действия осуществляли с учетом полученных выше результатов исследования.
В качестве продукта принята белково-липидная эмульсия как удобная форма для объединения и равномерного распределения внутри изделия различных по свойствам пищевых ингредиентов, в том числе гидрофильных и гидрофобных.
При составлении рецептуры эмульсии руководствовались следующими принципами:
- привлечение сырья с высоким уровнем глюкозамина и хондроитина, которому соответствует кукумария;
- соблюдение уровня и соотношения глюкозамина и хондроитина в готовом продукте, близкого к БАД, чему в нашем эксперименте отвечает внесение недостающего количества глюкозамина в эмульсию;
- содержание липидов не должно превышать 20 %, что может быть обеспечено наличием в составе продукта эффективных эмульгаторов и загустителей;
- отказ от синтетических стабилизаторов консистенции и консервантов, для реализации чего целевым назначением используется ПЭК природных соединений хитозана и карбоксиметилцеллюлозы;
- белково-липидная эмульсия, обладающая функциональным свойством, должна отвечать общепринятым требованиям к пищевому продукту по качеству и безопасности.
В технологии эмульсии предусматривали раздельные тепловую и механическую обработки ингредиентов по индивидуальным режимным параметрам.
Оболочку кукумарии бланшировали в воде при температуре 95 °С в течение 60 мин и измельчали до размера частиц не более 1 мм.
Растительное масло нагревали при температуре 120 °С в течение 30 мин с целями облегчения процесса эмульгирования и частичной стерилизации.
Кристаллический глюкозамин гидрохлорид растворяли в воде, которую в дальнейшем использовали для приготовления раствора карбоксиметилцеллюлозы.
Смешивание масла с измельченной кукумарией, 2%-м раствором хитозана в водном растворе 1%-й уксусной кислоты и 1%-м водным раствором карбоксиметилцеллюлозы осуществляли в гомогенизаторе при режиме 3000 об/мин в течение 3 мин.
Образование ПЭК протекало непосредственно в продукте. В процессе гомогенизации растворы хитозана и
карбоксиметилцеллюлозы равномерно распределялись по объему
смеси, а протекающая интерполиэлектролитная реакция между полимерами с образованием комплекса приводила к стабилизации структуры продукта и образованию желательной консистенции.
Полученную эмульсию упаковывали в пятислойные колбасные оболочки «Луга-фреш» согласно рекомендациям по использованию колбасных и сосисочных оболочек компании «Poly-pak».
Готовая эмульсия имела привлекательную органолептическую характеристику (консистенцию, вкус и запах). Как показали результаты оценки сенсорных свойств эмульсии, присутствие введенного глюкозамина может быть увеличено до 3% массы продукта, что позволяет позиционировать его как функциональный.
В условиях холодильного хранения при температуре ±4 °С значение КМАФАнМ превышает нормативное значение на 35-е сутки. При этом эмульсия сохраняет исходные стабильность, консистенцию, запах и вкус.
На пищевую эмульсию из кукумарии разработаны проекты НД, получен патент. Экспериментальные данные подтверждают перспективность производства продуктов из гидробионтов, сбалансированных по аминосахарам как альтернативу БАД противоартрозного действия.
Библиографический список
1. Sharon N. The Amino Sugars. New-York, London, Acad. Press., 1965. 594 p.
2. Holford Patrick. The Holford diet. Piatkus. London 2005. 498 p.
3. ARTHRITS for DUMMIES. 2nd Edition. B. Fox, N. Taylor, J. Yazdani. Wiley Publishing, Inc. Australia, 2004. 360 p.
4. ARTHRITS. H. Bird, C. Green, A. Hammond, J. Harkess, M. Hurley, P. Jefferson, D. Pattison, D.S. Scott. Dorling Kindersley Limited. London, 2006. 224 p.
5. Сафронова Т.М. Аминосахара промысловых рыб и беспозвоночных и их роль в формировании качества продукции. М.: Пищ. пром-сть, 1980. 109 с.
