CC BY
213
УДК 664.951.014:[664.959.5:547.962.9]
М. Е. Цибизова, Р. Г. Разумовская, Као Тхи Хуе, Г. А. Павлова
ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИЗ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО РЫБНОГО СЫРЬЯ
Введение
Изменение видового состава улова, ежегодное увеличение доли маломерных рыб и рыб пониженной товарной ценности в уловах заставляют изыскивать пути и методы наиболее целесообразного использования этого нетрадиционного белкового сырья.
Наиболее перспективным направлением обработки такого сырья является производство фаршей и создание на их основе структурированных изделий, имитирующих деликатесную традиционную продукцию. В связи с этим широкое развитие должно получить новое направление производства различных ароматизаторов, пищевых красителей, структурообразователей на основе использования отходов рыбной промышленности [1].
Кроме того, изменение сырьевой базы, видового состава рыбного сырья, развитие пресноводного рыбоводства вносят свои коррективы в технологические параметры производства пищевой продукции из него, а также требуют расширения безотходных и малоотходных технологий и увеличения глубины разделки сырья [2].
Наиболее распространенным белком в животном мире является коллаген - главная макромолекула кожи, сухожилий, кровеносных сосудов, костей, роговицы глаз и хрящей. Он обеспечивает внеклеточную структуру в соединительной животной ткани, существуя не менее чем в пяти различных типах. Основной структурной единицей коллагена является тропоколлаген, состоящий из трех цепей, каждая из которых включает в себя 1 000 аминокислотных остатков. Коллаген богат глицином и пролином. В коллагене содержатся редко встречающиеся гидрокси-пролин и гидроксилизин.
Коллаген является основной волокнистой структурой кожи, костей, сухожилий, хрящей и плавательного пузыря рыб. Коллагеноподобное вещество выделено также из чешуи и мышц рыб.
Коллаген рыб, в зависимости от вида источника происхождения, подразделяют на волокнистый коллаген дермы шкур и сухожилий, гиалиновый коллаген костной ткани - оссеин, хондрино-вый коллаген хрящей, ихтуалиновый коллаген рыбьего пузыря - ихтиокол и коллаген плавников рыб - ихтилепилин.
Содержание коллагена в органах и тканях любого живого организма различно: наибольшее количество коллагена сосредоточено в костях, шкурах, хрящах, сухожилиях и кишечнике. В коже свиньи и собаки содержание коллагена составляет 64,0 %, в коже человека - 72,0 %, в коже крупного рогатого скота - 80,0 %, в коже морских млекопитающих - свыше 80,0 %; значительное количество коллагена обнаружено в коже рыб; соединительная ткань сала китов содержит от 74,0 до 88,0 % коллагена, в плавниках китов его до 83,0 %, в тканях спермацетового органа кашалота до 89,0%. Процентное содержание коллагенсодержащего сырья рыб выглядит следующим образом: кожа - 2,0-12,6 % всей массы рыбы; плавники - 0,8-8,0 %, плавательные пузыри - 0,4-11,4 %, чешуя - 0,8-6,0 %, кости - 9,0-19 %, вязига осетра - 7,6-10,2 % [3].
Анализ литературных данных показал, что при глубокой разделке рыбного сырья превалирует выход коллагенсодержащих отходов (кожа, чешуя, кости, плавники), варьирующий от 38,0 до 58,0 % в зависимости от видового состава сырья. Достаточно большое количество образующихся коллагенсодержащих отходов позволяет использовать их на производство природных структурообразователей, технологические аспекты получения которых находятся в стадии постоянного развития.
Интерес к рыбному коллагену как природному структурообразователю значительно возрос. Это обусловлено тем, что губчатая энцефалопатия (болезнь бешенства крупного рогатого скота) стала весьма серьёзной проблемой и использование коллагена животного происхождения уже небезопасно. Кроме того, рыбный коллаген является гипоаллергенным, т. к. на 96 % идентичен человеческому белку [1].
Коллаген и продукты его гидролиза используются при производстве желатина, для осветления вин, получения пищевых плёнок, покрытий, съедобных оболочек, в качестве структурообразующего агента в заливках для консервов и рыбных фаршей, формованных рыбных изделий, при
производстве искусственной икры, бульонов, студней, соусов, различных оздоровительных напитков и коктейлей и как добавки в хлебопекарном и кондитерском производствах [4]. В микробиологической промышленности продукты гидролиза коллагена применяются в составе питательных сред при культивировании микроорганизмов.
Коллаген при производстве различной продукции подвергается воздействию кислот, солей, щелочей, воды и других веществ; он имеет в изоэлектрической точке минимум набухания. Резкое повышение набухания коллагена достигается добавлением кислот (минеральных и органических) или щелочей, что широко используется в технологических процессах изготовления различной коллагеновой продукции. Набухание коллагена всегда сопровождается увеличением его объема и массы, что позволяет придавать создаваемому продукту улучшенные функционально-технологические свойства.
Таким образом, необходимость использования коллагенсодержащего рыбного сырья для получения натуральных структурообразователей обусловлена развитием пищевой промышленности и применением натуральных пищевых добавок в технологии новых продуктов питания.
В соответствии с изложенным целью исследований являлось изучение качества структу-рообразователей, полученных из различных видов коллагенсодержащего рыбного сырья.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
— изучены органолептические, физико-химические и микробиологические показатели качества клеевых бульонов, полученных из различных коллагенсодержащих отходов промысловых рыб;
— проведена сравнительная оценка органолептических показателей и химического состава опытных образцов структурообразователей, полученных из различных видов коллагенсодержащих отходов рыбного сырья.
Материал и методы исследований
В качестве объектов исследования были использованы клеевые бульоны, приготовленные из кожи и костей щуки Esox lucius Linnaeus Волго-Каспийского бассейна (весеннего вылова), и структурообразователи, полученные после высушивания клеевых бульонов.
Образцы клеевых бульонов из костей рыб и кожи были получены по разработанным ранее технологическим параметрам. Кости, освобожденные от мышечной ткани, промывали водой, затем варили при гидромодуле (ГМ) 1 : 2 в течение 10 часов при температуре 60 °С. В качестве среды для варки были использованы водопроводная вода (гидромодуль 1 : 2) и реакционная смесь: молочная сыворотка и вода в соотношении 1 : 1 [5].
Образцы клеевых бульонов из кожи рыб были получены следующим образом: мороженую кожу размораживали на воздухе при температуре окружающей среды, затем зачищали от прирезей мяса, после чего подвергали многократной промывке водопроводной водой температурой не выше 20 °С и ополаскивали анолитом электрохимически активированного раствора (ЭХА-раствора) рН 4. Промытую кожу отжимали, измельчали и подвергали тепловой обработке. Двукратную варку проводили при температуре 60 °С с использованием анолита ЭХА-раствора рН 2,0-2,5, создающего кислую среду жидкой фракции без дополнительного применения кислот. Общая продолжительность варки составляла 4 часа. Затем бульон декантировали, смешивали первую и вторую фракцию.
Полученные бульоны после варки костей и кожи щуки упаривали до содержания сухих веществ не менее 35 % и сушили при температуре 20-25 °С до конечной влажности не более 13 %.
Качественные показатели клеевых бульонов определяли в соответствии ГОСТ 7621-2008 «Рыба, нерыбные объекты и продукция их них. Методы исследования органолептических и физических показателей» [6].
Мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы (КМАФАнМ), КОЕ/г, определяли по ГОСТ 10444.15-94 [7], бактерии группы кишечных палочек (БГКП) -в соответствии с ГОСТ Р 50474-93 [8]. Оценку качества опытных образцов структурообразователей проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 11293-89 «Желатин, технические условия» [9].
Результаты исследований и их обсуждение
Проведенный нами анализ литературных данных показал, что для интенсификации процесса желирования костных клеевых бульонов можно применять различные подкисляющие агенты. Для подкисления жидкой фазы для варки была выбрана молочная сыворотка (pH 4,3). Исследования позволили проанализировать динамику органолептических показателей качества клеевых бульонов из различных объектов исследования в процессе варки костей щуки в воде при ГМ 1 : 2 и в реакционной среде (соотношение вода : молочная сыворотка 1 : 1) в течение 10 часов (табл. 1).
Таблица 1
Органолептические показатели клеевых бульонов в зависимости от продолжительности варки
Показатель Продолжительность варки, ч
2 4 6 8 10
Вода Вода : молочная сыворотка Вода Вода : молочная сыворотка Вода Вода : молочная сыворотка Вода Вода : молочная сыворотка Вода Вода : молочная сыворотка
Цвет Желтова- тый Слегка желтова- тый Желто- ватый Слегка желтова- тый Желтый Желтова- тый Темно- желтый Желтый Темно- желтый Желтый
Прозрач- ность Прозрач- ный Слегка мутный Незна- читель- ные примеси Слегка мутный Слегка мутный Слегка мутный Мутный Слегка мутный Мутный Слегка мутный
Запах Рыбный, выражен- ный Рыбный Рыбный Рыбно- молочный Рыбный Молоч- ный Слегка рыбный Слегка молочный Слегка рыбный Слегка молочный
Желирующая способность Отсутству- ет Отсутству- ет Отсутст- вует Отсутст- вует Отсутст- вует Заметная Выра- женная Выра- женная Выра- женная Выражен- ная
Согласно данным табл. 1, наблюдается тенденция к изменению цвета клеевого бульона с увеличением продолжительности варки - бульон приобретает более темный цвет в течение 8-10 часов при варке в воде. На цвет бульона оказывает влияние реакционная среда: использование для варки смеси воды и молочной сыворотки способствует приобретению бульоном приятного желтого цвета через 6 часов варки.
Это обусловлено, на наш взгляд, накоплением меланоидинов в бульонах, которые образуются под действием высокой температуры, а также в результате экстрагирования минеральных веществ, содержащихся в костях, в бульон. Кроме того, вместе с минеральными компонентами коллаген является главным фактором, определяющим механические свойства кости. Коллагеновые фибриллы костного матрикса образованы коллагеном I типа. Установлено, что коллаген данного типа входит также в состав сухожилий и кожи, однако коллаген костной ткани обладает некоторыми особенностями. Есть данные, что в коллагене костной ткани несколько больше оксипролина, чем в коллагене сухожилий и кожи. Для костного коллагена характерно большое содержание свободных а-аминогрупп лизиновых и оксилизиновых остатков. Еще одна особенность костного коллагена - повышенное по сравнению с коллагеном других тканей содержание фосфата [2].
Таким образом, концентрация веществ, обусловливающих цвет, к концу варки бульона максимальна, поэтому клеевые бульоны приобретают цветность, а полученные структурообра-зователи - желтый цвет.
В процессе варки бульонов наблюдалось их постепенное желирование, интенсивность которого зависела от продолжительности варки. Это обусловлено тем, что гелеобразующие свойства данных белков характеризуются способностью их коллоидного раствора переходить из свободно диспергированного состояния в связнодисперсное (с образованием систем, обладающих свойствами твердых тел) [1]. Данные табл. 1 показывают, что желирующую способность бульон приобретает только после 8 часов варки костей в воде, но наилучшая способность к желированию наблюдается только после 10 часов варки.
Варка костей в реакционной среде с молочной сывороткой оказывает влияние на качество бульонов, которые приобретают желирующую способность уже через 6 часов варки. Кроме того, запах клеевого бульона в процессе варки становится менее выраженным, особенно при использовании молочной сыворотки.
Несмотря на то, что добавление молочной сыворотки значительно улучшает органолептические показатели качества структурообразователей, цвет клеевых бульонов в процессе варки становится интенсивнее, хотя и менее выражен в сравнении с предыдущим экспериментом.
Следовательно, проведя варку костей в присутствии молочной сыворотки, можно сократить продолжительность процесса варки до 6 часов и получить структурообразователи высокого качества: без рыбного запаха и менее окрашенные.
Органолептические показатели качества клеевых бульонов из кожи рыб представлены в табл. 2.
Таблица 2
Органолептические показатели качества клеевых бульонов в зависимости от продолжительности варки
Показатель Продолжительность варки, ч Смесь двух фракций
0,5 1 1,5 2
Первая фракция Вторая фракция Первая фракция Вторая фракция Первая фракция Вторая фракция Первая фракция Вторая фракция
Цвет Бесцвет- ный Бесцвет- ный Бесцвет- ный Бесцвет- ный Слегка желтова- тый Слегка желтова- тый Слегка желтова- тый Слегка желтова- тый Слегка желтоватый
Прозрач- ность Прозрач- ный Прозрач- ный Незначи- тельные примеси Незначи- тельные примеси Незначи- тельные примеси Незначи- тельные примеси Слегка мутный Слегка мутный Слегка мутный
Запах Рыбный Рыбный Рыбный Рыбный Слегка рыбный Слегка рыбный Слегка рыбный Слегка рыбный Без постороннего запаха, слабый рыбный
Желирую- щая способность Отсутст- вует Отсутст- вует Заметная Отсутст- вует Выражен- ная Заметная Выражен- ная Выражен- ная Выраженная
Согласно данным табл. 2, при получении клеевых бульонов из кожи щуки экспериментально установлено, что после двукратной варки при температуре 60 °С, при общей продолжительности процесса в течение 4 часов, практически весь коллаген, содержащийся в исходном сырье, переходит в глютин. Кроме того, в процессе сваривания коллаген становится резиноподобным и клейким, но окончательно не растворяется, что объясняется существованием в коллагене прочных молекулярных связей. Следует отметить, что смесь полученных клеевых бульонов двух фракций показала выраженную желирующую способность и достаточно высокие органолептические показатели.
Таким образом, анализ органолептических показателей качества клеевых бульонов, полученных из различного коллагенсодержащего рыбного сырья, показал, что рациональная продолжительность варки кожи рыб составляет 4 часа, тогда как варка костей рыб должна быть увеличена до 6 часов при использовании в качестве реакционной среды молочной сыворотки, разбавленной водой. На наш взгляд, это обусловлено особенностями химического состава коллагенсодержащего рыбного сырья, структурно-механическими и гистологическими характеристиками.
По результатам исследований нами была разработана шкала сенсорной оценки клеевых бульонов для окончательного этапа варки костного сырья - 6 часов и смеси двух фракций бульонов, полученных после окончательного этапа варки кожи в течение 4 часов (табл. 3).
Таблица 3
Оценка полученных клеевых бульонов
Баллы Цвет Прозрачность Запах Желирующая способность
5 Слегка желтоватый Незначительные примеси Слабоощутимый Выраженная
4 Желтоватый Слегка мутный Слабый рыбный Заметная
3 Желтый Мутный Рыбный Слегка заметная
Результаты оценки органолептических показателей различных образцов полученных клеевых бульонов представлены на рисунке.
Цвет
Сенсорная оценка органолептических показателей качества клеевых бульонов, полученных из коллагенсодержащих отходов рыб
Анализ сенсорной оценки органолептических показателей качества полученных клеевых бульонов (рис.) показал, что использование молочной сыворотки для варки значительно улучшает органолептические показатели качества полученных клеевых бульонов, а соответственно, и структурообразователей. Нами также установлено, что на органолептические показатели качества образцов клеевых бульонов, полученных из кожи и костей рыб, влияет вид коллагенсодержащего рыбного сырья.
Результаты исследований физико-химических и микробиологических показателей качества опытных образцов клеевых бульонов до высушивания представлены в табл. 4.
Таблица 4
Физико-химические и микробиологические показатели качества клеевых бульонов
Показатель Клеевой бульон из отходов разделки щуки
Из костей Из кожи
Без добавления молочной сыворотки С добавлением молочной сыворотки
рн 6,2 ± 0,2 5,8 ± 0,1 6,31 ± 0,1
Содержание сухих веществ, % 8,3 8,1 8,0
КМАФАнМ, КОЕ/г 1 • 103 1 • 103 1 • 103
БГКП, в 0,1 г Не обнаружено Не обнаружено Не обнаружено
Патогенные, в том числе сальмонеллы и L. monocytogenes, в 25 г Не обнаружено Не обнаружено Не обнаружено
Согласно данным табл. 4, опытные образцы клеевых бульонов, полученных из костей с добавлением молочной сыворотки и из кожи рыб, имеют близкое по значениям содержание сухих веществ, варьирующее от 8,0 до 8,3 %, рН клеевых бульонов варьирует от 5,8 до 6,31, что позволяет рассматривать клеевые бульоны как источник клея высоких кондиций. Микробиологические показатели качества также соответствуют требованиям для клея особых кондиций, разработанных ВНИРО [10], и не превышают требования СанПиН 2.3.2.1078-01 для студней -5 ■ 104 КОЕ/г [11].
Полученные бульоны после упаривания подвергали сушке до содержания воды в готовом продукте не более 13 %. Сушка способствует повышению потребительских свойств продукта, т. к. при хранении структурообразователей в сухом состоянии сохраняются его функциональные свойства.
Высушенные структурообразователи представляли собой порошок кремового цвета, без постороннего вкуса и запаха, без посторонних примесей.
Нами были изучен химический состав полученных структурообразователей (табл. 5).
Таблица 5
Химический состав опытных образцов полученных структурообразователей
Исходное сырье Содержание, %
воды белка жира минеральных веществ
Кожа 8,3 89,9 0,4 1,1
Кости 12,9 84,6 1,0 1,5
Согласно данным табл. 5, структурообразователи из кожи и костей рыб отличаются низким содержанием влаги - 8,3 и 12,9 % и высоким содержанием белка - 84,6 и 89,9 % для образца из костей и кожи соответственно. Содержание жира и минеральных веществ в готовом продукте, полученном из кожи рыб, значительно меньше, чем в продукте, полученном из костей, что обусловлено особенностями химического состава коллагенсодержащего сырья.
Заключение
Таким образом, в ходе исследований установлено, что особенности вида коллагенсодержащего рыбного сырья обусловливают ряд специфических свойств коллагена.
На основании полученных экспериментальных данных установлено, что клеевые бульоны и готовые стуруктурообразователи, полученные из костей и кожи рыб, имеют достаточно высокие органолептические показатели и характеризуются высоким содержанием белка. В связи с этим можно сделать вывод о том, что использование отходов рыбоперерабатывающих предприятий, в частности в Волго-Каспийском регионе, позволит решить проблему утилизации и рационального использования сырья и получить натуральный структурообразователь, имеющий широкий спектр использования в пищевой промышленности и других отраслях технологии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Биотехнология морепродуктов / Л. С. Байдалинова и др. - М.: Мир, 2006. - 560 с.
2. Кизеветтер И. В. Биохимия сырья водного происхождения. - М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 422 с.
3. Клейменов И. Я. Пищевая ценность рыбы. - М.: Пищ. пром-сть, 1971. - 151 с.
4. Джафаров А. Ф. Производство желатина. - М.: Агропромиздат, 1990. - 287 с.
5. Цибизова М. Е., Язенкова Д. С., Акимова А. Ю. Ферментация костной ткани рыбного сырья как один
из этапов получения структурообразователей // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Рыбное
хозяйство. - 2010. - № 2. - С. 144-149.
6. ГОСТ 7621-2008. Рыба, нерыбные объекты и продукция их них. Методы исследования органолептических и физических показателей. - Введ. 2009-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 2009.
7. ГОСТ 10444.15-94. Продукты пищевые. Методы определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов. - Введ. 1995-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1994.
8. ГОСТ 50474-93. Продукты пищевые. Методы выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий). - Введ. 1994-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1994.
9. ГОСТ 11293-89. Желатин. Технические условия. - Введ. 1989-26-12. - М.: Изд-во стандартов, 1989.
10. Трещева В. И. Рыбный клей. - М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1983. - 88 с.
11. СанПиН 2.3.2.1078-01. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов, санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. - М.: ФГУП «ИнтерСЭН», 2002. - 168 с.
Статья поступила в редакцию 25.02.2011
PRACTICAL ASPECTS OF AMENDMENT PRODUCTION FROM COLLAGEN FISH RAW MATERIAL
M. E. Tsibizova, R. G. Razumovskaya, Сao Thi Hue, G. A. Pavlova
During deep processing of fish raw material a high output of collagen wastes - 38-58 % (depending on species composition of the material) is fixed, that allows to use them in natural amendment production. The parameters of the quality of glue water extracted from different collagen pike wastes (skin, bones) are studied. The comparative estimation of amendments produced after glue water drying is made. It is stated that the peculiarities of collagen fish raw material determine a number of specific properties of collagen.
Key words: skin, bones, glue water, amendment.
