CC BY
103
УДК 665.931.7:664.959.5.049 ББК 35.751.1:36.948
Као Тхи Хуе, Р. Г. Разумовская
СВОЙСТВА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ НАТУРАЛЬНОГО СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗ КОЖИ РЫБ
Cao Thi Hue, R. G. Razumovskaya
PROPERTIES AND BIOLOGICAL VALUE OF NATURAL AMENDMENT FROM FISH SKIN
Актуальность исследований в технологии получения структурообразователей из коллагенсодержащего рыбного сырья обусловлена увеличением количества образующихся отходов при переработке рыб и структурированных изделий. Проведено изучение физико-химических свойств и биологической ценности структурообразователей из кожи рыб - щуки Esox lucius Linnaeus Волго-Каспийского бассейна и вьетнамского пангасиуса (Pangasius hypophthalmus). Установлено, что структурообразователь из кожи рыб имеет достаточно высокие физикохимические показатели и является белковым продуктом. Полученные структурообразователи рекомендуется применять в пищевой промышленности для получения формованных продуктов, осветления виноматериалов и напитков.
Ключевые слова: кожа рыб, структурообразователь, физико-химические свойства, биологическая ценность.
The relevance of the research in technology of obtaining amendment from collagen fish raw is conditioned with the increase in the amount of wastes generating at processing of fish and structured products. The study of physical and chemical properties and biological value of the amendments from the skin of pike (Esox lucius Linnaeus) of the Volga-Caspian basin and Vietnamese iridescent shark (Pangasius hypophthalmus). It is stated that amendment from fish skin has rather high physical and chemical properties and is represented as a protein product. The received amendments should be applied in food industry for production of molded products, clarification of wine materials and beverages.
Key words: fish skin, amendment, physical and chemical properties, biological value.
Введение
Главной задачей для специалистов пищевой технологии рыбного сырья, наряду с разработкой и расширением ассортимента рыбной продукции, является утилизация отходов рыбоперерабатывающих предприятий для получения новых продуктов, имеющих большой спектр применения, в том числе натуральных структурообразователей.
К структурообразователям белковой природы относится желатин, который широко применяется для пищевых целей и в различных отраслях народного хозяйства. Желатин находит применение в полиграфическом производстве. Фотографический желатин является элементом фотопленки, необходимой частью оптической системы телевизионной трубки и видеокамер, а также используется в качестве держателя кремниевых чипов в компьютерах и микропроцессорах. В медицине желатин широко применяют в виде различных пленок, губок, пластырей и других препаратов для лечения ран, ожогов, трофических язв, пульпитов, гипертонической болезни, остеоартрита и недержания мочи. Желатин используют для бактериологических анализов, приготовления питательных сред и изготовления косметических препаратов [1, 2].
Первичным агрегатом желатиновых макромолекул в живых организмах является коллаген [3]. Отходы переработки рыб представляют интерес в качестве исходного сырья для получения желатина. Переработка отходов, в том числе кожи рыб, особенно актуальна, т. к. напрямую связана с проблемой экологии [4]. В таких странах, как Норвегия, Финляндия и Япония эффективно функционируют заводы по переработке некондиционной рыбы и рыбных отходов. В России и во Вьетнаме это направление развито недостаточно.
Для решения этой задачи научным коллективом кафедры «Пищевая биотехнология и технология продуктов питания» Астраханского государственного технического университета разработана технология получения структурообразователя из кожи рыб на основе сырьевой базы Волго-Каспийского бассейна и Вьетнама.
В ходе исследований изучены физико-химические свойства и биологическая ценность натурального структурообразователя, полученного из кожи рыб по разработанной нами технологии [5-7].
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- исследование физико-химических свойств структурообразователя;
- изучение аминокислотного состава структурообразователя.
Объекты и методы исследований
В качестве объектов исследования были использованы натуральные структурообразовате-ли, полученные из кожи щуки Волго-Каспийского бассейна (Esox lucius Linnaeus) и вьетнамского пангасиуса (Pangasius hypophthalmus). По экспериментально установленным рациональным режимам получения натуральных структурообразователей из кожи рыб с использованием ЭХА-раствора и различных способов сушки в лабораторных условиях были получены следующие опытные партии структурообразователя:
- НРКС-С-Щ - натуральный структурообразователь, полученный из кожи щуки Esox lucius Linnaeus Волго-Каспийского бассейна (весенний вылов) с применением анолита ЭХА-раствора и сушки в состоянии студня;
- НРКС-П-Щ - натуральный структурообразователь, полученный из кожи щуки Esox lucius Linnaeus Волго-Каспийского бассейна (весенний вылов) с применением анолита ЭХА-раствора и сушки желатинового бульона во вспененном состоянии;
- НРКС-С-ВП - натуральный структурообразователь, полученный из кожи вьетнамского пангасиуса с применением анолита ЭХА-раствора и сушки в состоянии студня;
- НРКС-П-ВП - натуральный структурообразователь, полученный из кожи вьетнамского пангасиуса с применением анолита ЭХА-раствора и сушки желатинового бульона во вспененном состоянии.
Определение пенообразующей способности и стойкости пенослоя структурообразователя осуществляли растворением навески в воде, взбалтыванием и замером высоты пены [8]. Физико-химические свойства структурообразователя определяли стандартным методом по ГОСТ 11293-89, рН 1 %-го раствора структурообразователя определяли с помощью рН-метра «Анион-4100» [9].
Аминокислотный состав определяли в испытательном лабораторном центре АНО «НТЦ «Комбикорм» (г. Воронеж). Анализ качественного состава аминокислот белков проводили методом ионообменной хроматографии на автоматическом аминокислотном аминоанализаторе ААА-881 (Чехия) с использованием хроматографической колонки и последующим окрашиванием входящих аминокислот нингидриновым реактивом после предварительно проведенного кислотного гидролиза в 6 N растворе соляной кислоты в течение 24 часов [10].
Результаты исследования и их обсуждение
Исследование пенообразующей способности и стабильности пены проводили для раствора структурообразователя с массовой концентрацией 10-25 %. Структура образующейся пены была рассмотрена в микроскопе при 200-кратном увеличении (рис. 1).
г д е
Рис. 1. Микрофотографии пен при различной концентрации сухих веществ раствора структурообразователя (увеличение 20 х 10): а - 10 %; б - 12,5 %; в - 15 %; г - 17,5 %; д - 20 %; в - 25 %
Из результатов исследований видно, что дисперсность и размер пен в значительной степени зависят от концентрации растворов. Средний размер пен меньше при повышении концентрации, что связано с резким повышением вязкости раствора.
Как следует из данных табл. 1, пенообразующая способность раствора структурообразова-теля понижается при повышении его концентрации. Однако ее значения при различных концентрациях структурообразователя (10-25 %) изменяются незначительно, варьируя от 375 до 400 %.
Таблица 1
Пенообразующая способность и стабильность пены при взбивании раствора структурообразователя с различной массовой долей сухих веществ
Показатель Массовая доля сухих веществ желатинового бульона, %
10,0 12,5 15,0 17,5 20 25
Пенообразующая способность, % 400 395 390 380 380 375
Стабильность, % в течение 15 минут после взбивания 395 390 390 380 380 375
Стабильность образующегося пенослоя увеличивается с повышением массовой концентрации структурообразователя. Это объясняется тем, что увеличение концентрации структурообра-зователя приводит к повышению количества межмолекулярной связи в одном объеме, размер образующейся пены и расстояние между ними меньше, в результате пена устойчива (рис. 2).
Согласно данным на рис. 2, при взбивании раствора структурообразователя массовой концентрацией от 15 % пенослой при выдерживании в течение 15-30 минут устойчив.
Продолжительность выдерживания, мин
—*—17%0% —22% —•— 25 %
Рис. 2. Стабильность образующейся пены в зависимости от концентрации и продолжительности выдерживания после взбивания
Таким образом, по пенообразующей способности и стабильности образующейся пены структурообразователя можно сделать вывод о возможности его применения в качестве пенообразующего вещества.
Таблица 2
Физико-химические показатели полученного структурообразователя
Показатель Опытные образцы желатина Норма на пищевой желатина [1]
НРКС-С-Щ НРКС-П-Щ НРКС-С-ВП НРКС-П-ВП
Показатель активности водородных ионов 1 %-го водного раствора структурообразователя, ед. рН 5,37 ± 0,12 5,42 ± 0,11 5,65 ± 0,07 5,71 ± 0,10 5-7
Динамическая вязкость 10 %-го раствора структурообразователя, мПа.с 25,0 ± 0,3 24,5 ± 0,3 26,0 ± 0,3 26,5 ± 0,3 Не менее 18,5
Температура плавления студня с массовой долей структурообразователя 10 %, °С 25,0 ± 0,3 24,0 ± 0,3 26,0 ± 0,3 26,0 ± 0,3 Не менее 30
Продолжительность растворения, мин 20,0 ± 1,3 10,0 ± 0,3 22,0 ± 1,3 12,0 ± 0,3 Не более 25
Прозрачность 5 %-го раствора структурообразователя, % 85,0 ± 1,3 85,0 ± 1,3 85,0 ± 1,3 85,0 ± 1,3 Не менее 45
Прочность студня с массовой концентрацией структурообразователя 10 %, Н 1 150 ± 12,2 1 100 ± 14,3 1260 ± 15,8 1 220 ± 12,5 Не менее 700
Из табл. 2 видно, что почти все физико-химические показатели опытных образцов структу-рообразователей соответствуют требованиям, предъявляемым к пищевому желатину. Однако температура плавления студня с концентрацией структурообразователя 10 % составляет 24-26 °С, что меньше норм, установленных для пищевого желатина.
Установлено, что студни низкокачественного желатина и клея, содержащие значительное количество продуктов гидролиза глютина, плавятся при более низкой температуре, чем студни высококачественного желатина [11]. По разработанной технологии экстракцию коллагена из исходного сырья проводили при мягких режимах термообработки сырья, что позволило исключить деструкцию линейных молекул [7].
Пониженная температура плавления студня растворов структурообразователя рыбного происхождения является его уникальной особенностью и обусловливается особенностью аминокислотного состава и строением коллагена, поэтому процесс гелеобразования происходит более медленно, а студень структурообразователя из кожи рыб плавится при более низких температурах по сравнению с желатином млекопитающих.
В связи с этим возникла необходимость определения аминокислотного состава полученных структурообразователей.
Для оценки биологической ценности структурообразователей был определен аминокислотный состав опытных образцов НРКС-С-Щ и НРКС-С-ВП (рис. 3).
г/100 г белка
б -4 ■ о .
-ИТ-ШП-Д-т^
- НРКС-П-Щ
- НРКС-П-ВП
г/100 г белка 25 л
20 -
15 -
10 -
5 -
I № 111..
^ ^4^у с
у у
У У
о
б
Рис. 3. Содержание в структурообразователях: а - незаменимых аминокислот; б - заменимых аминокислот
а
Из рис. 3 видно, что структурообразователи из кожи щуки Волго-Каспийского бассейна и вьетнамского пангасиуса включают в себя набор 18 аминокислот, количественный и качественный составы которых отличаются незначительно. Цистин в структурообразователях практически отсутствует.
В структурообразователях отмечено достаточно высокое содержание таких незаменимых аминокислот, как валин, лизин. Содержание треонина и лейцина в двух образцах структурооб-разователей практически одинаково, в малом количестве содержатся метионин и изолейцин.
Полученные структурообразователи отличаются высоким содержанием ряда заменимых аминокислот: глицина, пролина, оксипролина, глютаминовой, аспарагиновой кислот, аланина.
Содержание серина и аргинина находится на среднем уровне, а гистидин и тирозин присутствуют в малом количестве.
Сравнение аминокислотного состава структурообразователя из кожи рыб и желатина животного происхождения показало его независимость от сырья [12-14]. Структурообразователи из кожи рыб богаты аспарагиновой, глютаминовой кислотами, пролином, аланином, глицином, валином. Эти аминокислоты, в соответствии с теорией пространственного и химического строения коллагена, являются его структурными признаками [12, 13].
Высокая концентрация глицина и пролина является характерной особенностью аминокислотного состава коллагена, причем данные аминокислоты формируют повторяющуюся последовательность в полипептидной цепи, обусловливая спиралевидную структуру коллагена [15]. В полученных структурообразователях содержатся в более низком количестве такие аминокислоты, как гистидин, фенилаланин, лизин, лейцин, что обусловливает меньшее число поперечных связей, поэтому температура сокращения и разложения коллагена рыбы ниже таковой для коллагена теплотворных животных. Данная особенность коллагена рыбного сырья была отмечена в [2, 12, 14].
В структурообразователях из кожи рыб не содержится триптофан, который относится к незаменимым аминокислотам, что соответствует данным, приведенным в [11]. Из-за отсутствия триптофана структурообразователь считается неполноценным белком. Однако важно отметить, что полученный структурообразователь является чистым коллагеном. Ввиду высокого содержания коллагена в готовом продукте [7] и ряда важных функционально-технологических показателей полученный структурообразователь может применяться в технологии пищевых продуктов.
Заключение
Таким образом, установлено:
- особенности коллагенсодержащего сырья обусловливают ряд специфических свойств получаемого структурообразователя;
- натуральные стуруктурообразователи из кожи рыб имеют достаточно высокие физикохимические показатели и высокую биологическую ценность.
Полученные структурообразователи рекомендуется применять в пищевой промышленности для получения формованных продуктов, осветления виноматериалов и напитков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Джафаров А. Ф. Производство желатина. - М.: Агропромиздат, 1990. - 287 с.
2. Киладзе А. Б. Рыбные отходы - ценное сырье // Рыбное хозяйство. - 2004. - № 3. - С. 58.
3. Малов А. Н., Неупокоева А. В. Голографические регистрирующие среды на основе дихромированного желатина: супрамолекулярный дизайн и динамика записи. - Иркутск: ИВВАИУ (ВИ), 2006. - 345 с.
4. Трухин Н. В. Рациональное использование рыбного сырья. - М.: Агромромиздат, 1985. - 96 с.
5. Као Т. Х., Разумовская Р. Г. Рациональное использование отходов переработки рыб Волго-Каспийского бассейна // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационному развитию АПК - научное обеспечение», посвященной 80-летию Пермской гос. с.-х. академии им. акад. Д. Н. Прянишникова, 18 ноября 2010 г., Ч. 1. - Пермь: Пермская ГСХА, 2010. - С. 205-207.
6. Као Т. Х., Разумовская Р. Г. Заготовка, хранение и предварительная подготовка кожи рыб для дальнейшего использования // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Рыбное хозяйство. - 2011. - № 1. - С. 116-121.
7. Као Т. Х., Разумовская Р. Г. Разработка оптимальных режимов экстракции коллагена из кожи рыб Волго-Каспийского бассейна // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2011. - № 1. - С. 36-39.
8. ГОСТ 7636-85. Рыба. Морские млекопитающие, морские беспозвоночные, водоросли и продукты их переработки. Метод анализа. - Введ. 1985-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1985.
9. ГОСТ 11293-89. Желатин. Технические условия. - Введ. 1989-26-12. - М.: Изд-во стандартов, 1989.
10. Лазаревский А. А. Технохимический контроль в рыбообрабатывающей промышленности. - М.: Пи-щепромиздат, 1955. - 512 с.
11. Технология клея и желатина / А. П. Власов, Д. З. Таланцев, З. В. Хохлова, Д. И. Вирник. - М.: Пище-промиздат, 1963. - 480 с.
12. Райх Г. Коллаген: проблемы, методы исследования, результаты. - М.: Легкая индустрия, 1969. - 327 с.
13. Вейс А. Молекулярная химия желатина. - М.: Пищ. пром-сть, 1971. - 478 с.
14. Химия пищи: в 2 кн. - Кн. 1: Белки: структура, функции, роль в питании / И. А. Рогов, Л. В. Антипова, Н. И. Дунченко и др. - М.: Колос, 2000. - 384 с.
15. Kinsella I. E. Functional properties of food proteins: Thermal modification involving denaturationand gelation. Food science and technology: Present Status, and Future. Dir. Proc., 6-th tot. Cong., Dublin, Sept., 1983. - P. 226-246.
Статья поступила в редакцию 12.09.2011 ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Као Тхи Хуе - Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Пищевая биотехнология и технология продуктов питания»; [email protected].
Cao Thi Hue - Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Food Biotechnology and Technology of Foodstuff"; [email protected].
Разумовская Рамзия Гумеровна - Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Пищевая биотехнология и технология продуктов питания»; [email protected]
Razumovskaya Ramziya Gumerovna - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Science, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Food Biotechnology and Technology of Foodstuff"; [email protected].
