Влияние структурообразователей различной природы на реологические свойства желейных пищевых продуктов на основе вторичного рыбного сырья Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 664

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЙНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО РЫБНОГО СЫРЬЯ

М. П. Андреев, И. О. Морозов

INFLUENCE OF STABILIZERS OF DIFFERENT NATURE ON THE RHEOLOGICAL PROPERTIES OF THE JELLY PRODUCTS BASED ON SECONDARY RAW MATERIALS

M. P. Andreev, I. O. Morozov

Обосновано применение структурообразователей для производства желейных продуктов из вторичного рыбного сырья. Целесообразность использования структурообразователей объясняется необходимостью повышения прочностных характеристик желейных пищевых продуктов на основе вторичного рыбного сырья ввиду недостаточного содержания коллагена в тканях рыбы, необходимого для получения продукта с заданными прочностными свойствами. Сырьем для получения желейных продуктов явились отвары, приготовленные из отходов от разделки балтийской трески и судака по предварительно разработанной технологии. Продолжительность варки составляла 60 мин при гидромодуле 2. Определены виды структурообразователей и их концентрации для улучшения консистенции готового желейного продукта на основе вторичного рыбного сырья. Установлено влияние и эффективность применения структурообразователей различной природы на реологические характеристики желейного продукта. В качестве структуро-образователей при проведении эксперимента использовались комплексные пищевые добавки различной природы, относящиеся к группе загустителей, основными компонентами которых являются: альгинаты, камеди, стандартизированный кар-рагенан, желатин. Концентрация варьировалась в пределах 0,1-2,0 %. Определены и представлены значения реологических характеристик исследуемых образцов желейных продуктов из вторичного рыбного сырья, такие как число пенетрации, скорость деформирования и предельное напряжение сдвига. По результатам реологического исследования установлены оптимальные виды комплексных загустителей для применения их в технологии желейных продуктов из рыбного сырья. Обоснована рациональность применения комплексных загустителей для производства желейных продуктов из вторичного рыбного сырья в минимальных концентрациях, составляющих 0,1-0,5 % в зависимости от природы загустителей. Экспериментально установлена возможность повышения прочностных характеристик желейного продукта на основе рыбного сырья в пять раз при добавлении структурообразователей в минимальных концентрациях.

комплексный структурообразователь, желейный продукт, вторичное сырье, реологические характеристики, число пенетрации, скорость деформирования, предельное напряжение сдвига

The paper substantiates the use of stabilizers for the jelly production from secondary raw fish materials. The expediency of using stabilizers is explained by the necessity to increase the strength characteristics of jelly food products based on secondary raw materials of aquatic biological resources. This is due to the insufficient collagen content in fish tissues which is necessary to obtain a product with desired strength properties. Raw materials for the jelly production were broths from Baltic cod and pike perch. The boiling time was 60 minutes with a hydraulic module 2. Optimal type of stabilizers and their concentrations were determined to improve the consistency of the finished jelly product. The influence and efficiency of the use of stabilizers of various natures on the rheological characteristics of a jelly product based on secondary raw materials was established. The complex food additives of various natures were used as stabilizers. These are alginates, gums, standardized carrageenan, and gelatin. The concentration ranged from 0.1 to 2.0%. The rheological characteristics of the investigated samples of jelly products from secondary raw materials have been determined. According to the results of a rheological research, the optimal types and concentration of complex stabilizers have been established for their use in the technology of jelly products from fish. The possibility of increasing the strength characteristics of the product by five times by the addition of stabilizers in minimal concentrations (0.1 - 0.5 %) has been experimentally established.

complex stabilizer, jelly product, secondary raw materials, rheological characteristics, penetration number, deformation rate, yield value

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время комплексная переработка сырья водного биологического происхождения является одной из актуальных задач рыбоперерабатывающей отрасли. Вторичное сырье, образующееся при переработке водных биоресурсов (ВБР) на пищевые цели, обладает высокой биологической ценностью, что определяет актуальность его использования для получения продуктов различного назначения. Особый интерес представляет технология желейных пищевых продуктов на основе отваров, приготовленных из отходов от разделки рыбы, таких промысловых объектов бассейна Балтийского моря, как балтийская треска (Gadus morhua callarias) и судак (Stizostedion lucioperca), представляющих особый интерес для Калининградского региона.

Рыбное сырье является источником коллагена, обладающего хорошими эмульгирующими свойствами и способно придать желейному продукту необходимые структурные свойства. Известно, что в коже рыбы содержится до 85-90% коллагена (от общего содержания азотистых веществ) [1, 2]. Использование кожи, как компонента для производства желейных продуктов, будет способствовать развитию процесса студнеобразования [3]. Однако нужно отметить, что концентрация коллагена в тканях рыбы недостаточна для получения продукта с высокими прочностными характеристиками [4]. Поэтому для получения желейного продукта с устойчивой структурой, необходимо использовать структурообразовате-ли, способные придать готовому продукту заданную устойчивую структуру [5, 6].

В связи с этим, целью работы явилась оценка влияния структурообразова-телей на реологические свойства желейного продукта из вторичного рыбного сы-

рья, в качестве которого использовалось сырье от разделки рыбы (головы, плавники, кости с прирезями мяса, кожа).

Одним из важных факторов при оценке качества желейных пищевых продуктов является их консистенция. Желейный продукт должен представлять собой студнеобразную массу и иметь упруго-эластичную и прочную консистенцию. По своей структуре желейный продукт представляет собой поликомпонентную систему, состоящую из высокомолекулярного соединения и низкомолекулярной жидкости с преобладающим содержанием последней и проявляющую способность к высокой обратимой деформации при практически полном отсутствии текучести [7].

МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Подготовка отваров из отходов от разделки судака и трески производилась по ранее разработанным параметрам обработки. Варка вторичного рыбного сырья осуществлялась в три стадии (рис. 1). На первой стадии головы судака и головы трески подвергаются варке в воде в течение 60 мин при гидромодуле 2. На второй стадии, после удаления голов трески и судака, в тот же отвар помещали кости судака. После шестидесятиминутной варки кости судака заменяли на кости и кожу трески балтийской (соотношение 70:30). Продолжительность каждой варки составляла 60 мин. Соотношение вторичного рыбного сырья и воды составляло 1:2. Полученный конечный отвар содержал 5 % сухих веществ и имел pH, равный 6,6. Температура исследуемого продукта равнялась температуре холодильного хранения и составляла 4±2°С.

Головы судака

Вода + (Stizostedion _ lucioperca) и трески балтийской (Gadus morhua callarias )

Кости судака (Stizostedion lucioperca)

Варка

T = 98±2°C t = 60 мин Гидромодуль = 2

i

Отвар

Кости и кожа трески балтийской (Gadus morhua callarías)

Варка

T = 98±2°C t = 60 мин Гидромодуль = 2

I

Отвар

Варка

T = 98±2°C t = 60 мин Гидромодуль = 2

1

Конечный отвар

Рис. 1. Технология получения отвара для приготовления желейных продуктов

на основе вторичного рыбного сырья Fig. 1. The broth technology for the jelly products manufacturing based on secondary

fish raw materials

В полученные конечные отвары вносили следующие комплексные струк-турообразователи различной химической природы: КФ Стабипро ФЭТ, Майомил Е-06, Ерол М35, Рутагель. Все добавки относятся к группе комбинированных загустителей. КФ Стабипро ФЭТ в своем составе содержит альгинат натрия (Е401), сульфат кальция (Е516), пирофосфаты (Е450Ш). Майомил Е-06 представляет собой смесь ксантановой и гуаровой камедей. Ерол М35 является стандартизированным каррагенаном (Е407). Рутагель представляет собой комплексную добавку, основным компонентом которого является желатин. Количество вносимых струк-турообразователей варьировалось от 0,1 % до 2,0 % в зависимости от рекомендаций использования каждого структурообразователя.

Известно, что желе, как и многие пищевые массы, обладают структурами, которые по физическим свойствам занимают промежуточное положение между твердым и жидким состоянием. Наличие внутренней структуры придает данному продукту определенные механические свойства — упругость, прочность, которые объективно характеризуют их консистенцию. Для выбора структурообразователя подходящего вида, учитывали следующие основные критерии: температуру; консистенцию, реакцию среды и реологические свойства продукта. Применение различных видов структурообразователей и варьирование их количества позволяет добиваться заданных структурномеханических свойств [4].

Поэтому полученные желейные продукты характеризовали по прочности -показателю, оценивающему свойства материалов не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия в определенных условиях и пределах, и упругость — способность тел мгновенно восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил. Данные реологические характеристики оценивали по следующим показателям: число пенетрации, предельное напряжение сдвига и скорость деформирования. Число пенетрации - показатель, характеризующий реологические свойства веществ. Он равен глубине погружения рабочего тела пенетрометра в единицах десятых долей миллиметра. Скорость деформирования - линейная скорость перемещения рабочего инструмента в направлении основной деформации. Предельное напряжение сдвига (ПНС) - напряжение, по достижении которого материал начинает необратимо деформироваться [8]. Комплексная оценка консистенции продукта проводилась при определении комплекса реологических характеристик в корреляции с органолептической оценкой продукта.

В качестве реометра применялся пенетрометр ПМДП с константой конуса с углом при вершине 60°К=2,14 Н/кг. Методика определения числа пенетрации и ПНС основана на измерении погружения конуса при действии постоянной нагрузки в течение 180 с в специально подготовленный образец [9].

По полученным данным глубины погружения определяли величину предельного напряжения сдвига (ПНС) по формуле (1)

„ k ■ m

где Q - предельное напряжение сдвига, Па; ш - действительная величина нагрузки, кг; к - глубина погружения конуса, м; k - константа конуса с углом при вершине 60°, k = 2,14 Н / кг.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ Одним из показателей, характеризующих реологические свойства пищевых систем является число пенетрации. Изучено изменение числа пенетрации образцов желейного продукта на основе вторичного рыбного сырья с добавлением структурообразователей в различных концентрациях в зависимости от продолжительности действия нагрузки, вызываемой рабочим телом пенетрометра (рис. 2).

Установлено, что основное изменение глубины погружения конуса в желейный продукт с добавлением комплексных структурообразователей наблюдается в начальные 60 с. Дальнейшие изменения чисел пенетрации на протяжении 120 с являются незначительными, за исключением образца, полученного без применения структурообразователей.

Все используемые добавки оказывают положительное влияние на прочность и, следовательно, консистенцию продукта. На величину числа пенетрации также оказывает влияние концентрация структурообразователя. При ее увеличении число пенетрации уменьшается, что свидетельствует о повышении прочности желейных продуктов.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

—♦— Без добавок —■ - Стабипро 0,5% —А - Стабипро 1% о Стабипро 2%

- — Майомил 0,1% —•— Майомил 0,3% —А- Майомил 0,5%

- » - Ерол 0,5% • Ерол 1,0%

- - ■ - Ерол 1,5%

—•— Ругагель 0,3% —А— Ругагель 0,5% —Ругагель 1,0% —■— Ругагель 1,5%

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

Продолжительность действия нагрузки, с

Рис. 2. Изменение числа пенетрации образцов желейного продукта с добавлением структурообразователей в различных концентрациях Fig. 2. The penetration number change in jelly product samples with the addition of structure formers in various concentrations

Органолептическая оценка образцов желейного продукта из вторичного рыбного сырья показала, что увеличение концентрации структурообразователей благоприятно сказывалось на консистенции готового продукта, но негативно влияло на его внешний вид.

По графику скорости деформирования можно наглядно проследить влияние вносимых добавок на консистенцию и прочность желейного продукта. На

рис. 3 приведены графики скорости деформирования желейного продукта из вторичного рыбного сырья с добавлением комплексных структурообразователей в различных концентрациях.

50

45

40

s 35

к

£ 30

4

p 25

о

с

n 20

£ 15

О

10

5

0

1

2

3

50

45

S 40

&

ос

s 35

(1)

*

30

n

(1 25

(1)

a> 20

О

15

10

50 100 150 200

Продолжительность действия нагрузки, с

.х* 1

у у *

/'

У

у ✓ * 2

3

4

А

50

45

F 40

Е

к 35

i

¡у 30

о

с

(1 25

О) ¿5 20

15

10

1

t у'

*

У 2 3

0 50 100 150 200

Продолжительность действия нагрузки, с

50

45

1 40 к

Ц 35

£ 30 о

5 25

20 15 10

1

* у

_ *

_ /

* -У ' 2

' 4

5

0 50 100 150 200

Продолжительность действия нагрузки, с

0 50 100 150 200

Продолжительность действия нагрузки, с

0

Б

В Г

Рис. 3. Графики скорости деформирования желейного продукта с добавлением комплексных пищевых добавок: А - «КФ Стабипро ФЭТ» (1 - без добавок, 2 - КФ Стабипро ФЭТ 0,5 %, 3 - КФ Стабипро ФЭТ 1 %, 4 - КФ Стабипро ФЭТ 2 %); Б - «Майомил Е-06» (1 - без добавок, 2 - Майомил Е-06 0,1 %, 3 - Майомил Е-06 0,3 %, 4 - Майомил Е-06 0,5 %); В - «Ерол М-35» (1 - без добавок, 2 - Ерол М-35 0,5 %, 3 - Ерол М-35 1,0 %, 4 - Ерол М-35 1,5 %); Г - «Рутагель» (1 - без добавок, 2 - Рутагель 0,3 %, 3 - Рутагель 0,5 %, 4 - Рутагель 1,0 %, 5 - Рутагель 1,5 %) Fig. 3. The strain rate graphs of a jelly product with the addition of complex nutritional supplements: A - "KF Stabipro FET" (1 - without additives, 2 - KF Stabipro FET 0.5 %, 3 - KF Stabipro FET 1 %, 4 - KF Stabipro FET 2 %), Б - "Mayomil E-06" (1 - without additives, 2 - Mayomil E-06 0.1 %, 3 - Mayomil E-06 0.3 %, 4 - Mayomil E-06 0.5 %), B - "Erol M-35" (1 - without additives, 2 - Erol M-35 0.5 %, 3 - Erol M-35 1.0 %, 4 - Erol M-35 1.5 %), Г - "Rutagel" (1 - without additives, 2 - Rutagel 0.3 %, 3 - Rutagel 0.5 %, 4 - Rutagel 1.0 %, 5 - Rutagel 1.5 %)

Исходя из угла наклона графика к оси времени видно, что скорости деформирования в образцах значительно снижаются после внесения комплексных пищевых структурообразователей, что свидетельствует о повышении прочности готового желейного продукта из вторичного рыбного сырья. Концентрация вносимых добавок оказывает незначительное влияние на изменение скорости деформирования в образцах с применением комплексных структурообразователей, из чего следует, что применять структурообразователи рационально в минимальных дозах.

При анализе реологических характеристик исследуемого продукта рассмотрена зависимость предельного напряжения сдвига (ПНС) от концентрации используемого комплексного структурообразователя. Отмечено, что значение ПНС увеличивается с увеличением концентрации структурообразователей (рис. 4). С увеличением значения ПНС, увеличиваются прочностные характеристики исследуемого продукта.

700,0

600,0

500,0

« 400,0 о

х 300,0

с

200,0 100,0 0,0

•

i

/

/

/

f

1,0

Содержание, %

0,1

0,2 0,3 0,4 Содержание, %

0,5

А

0,5 1,0

Содержание, %

0,5 1,0

Содержание, %

1,5

Рис. 4. Влияние концентрации комплексных пищевых добавок на ПНС желейного продукта из вторичного рыбного сырья (А - «КФ Стабипро ФЭТ», Б - «Майомил

Е-06», В - «Ерол М-35», Г - «Рутагель») Fig. 4. The effect of the complex food additives concentrations on the yield value of a jelly product from secondary fish raw materials (A - KF Stabipro FET, Б - Mayomil E-06, В - Erol M-35, Г - Rutagel)

Б

В

Г

Наибольшее значение ПНС достигается с использованием «КФ Стабипро ФЭТ», однако при такой концентрации структурообразователя заметно ухудшается внешний вид готового продукта, что негативно отражается на органолептиче-ских свойствах продукции. При сравнении органолептических показателей продуктов, при концентрации структурообразователей в пределах 0,1-1,0 %, разница в органолептических характеристиках продукции была незначительной, и все комплексные структурообразователи могут быть использованы для получения желейных продуктов.

Анализируя данные рис. 4, установлено, что добавление структурообразователя «Майомил Е-06», в состав которого входит ксантановая и гуаровая камеди, в незначительных концентрациях - 0,1% увеличивает прочностные свойства продукта в 5 раз в сравнении с образцом без структурообразователя, о чем можно судить по значениям предельного напряжения сдвига. ПНС для образца без струк-турообразователя составялет 82,7 Па, при внесении структурообразователя «Майомил Е-06» в концентрации 0,1 % значение ПНС желейного продукта увеличилось до 436,2 Па. Остальные структурообразователи достигали подобного эффекта при более высоких концентрациях. Например, при внесении комплексного структурообразователя «КФ Стабипро ФЭТ», содержащего альгинат натрия (Е401), сульфат кальция (Е516) и пирофосфаты (Е450Ш), в концентрации 0,5 % приводит к увеличению значения ПНС до 532,4 Па. Внесение структурообразова-теля «Ерол М35», являющегося стандартизированным каррагенаном (Е407), в концентрации 0,5 % повышает значение ПНС до 566,4 Па. Внесение комплексной добавки «Рутагель», основным компонентом которой является желатин, в концентрации 0,3% обеспечивает увеличение ПНС желейного продукта до 489,6 Па.

Зависимости, приведенные на рис. 4, также показывают, что наибольшее увеличение значений ПНС наблюдается при внесении структурообразователей в минимальных дозах. Последующее увеличение концентрации структурообразова-теля приводит к незначительному увеличению значений ПНС исследуемых желейных продуктов. Это объясняет рациональность применения комплексных структурообразоватей в минимальных дозах, что также подтверждается данными графиков скоростей деформирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, установлено, что добавление структурообразователя «Майомил Е-06» в незначительных концентрациях - 0,1 % , увеличивает значение ПНС продукта в пять раз по сравнению с образцом без добавок. Другие комплексные структурообразователи достигают подобного эффекта при более высоких концентрациях - 0,3 и 0,5 % соответственно. Следовательно, наиболее эффективным структурообразователем для производства желейных продуктов на основе вторичного сырья водных биоресурсов является Майомил Е-06, представляющий собой смесь ксантановой и гуаровой камедей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Рыбы заливов и морских вод Балтийского региона: справочное пособие по технохимической, технологической и биологической характеристикам рыб. -Калининград: Изд-во АтлантНИРО, 1995. - 97 с.

2. Справочник по химическому составу и технологическим свойствам рыб внутренних водоемов / под ред. В. П. Быкова. - Москва: Изд-во ВНИРО,1999. -207 с.

3. Abdelhedi О. Rheological and structural properties of Hemiramphus far skin gelatin: Potential use as an active fish coating agent / Ola Abdelhedia, Mourad Jridia, Rim Nasria, Leticia Morab, Fidel Toldrab, Moncef Nasria // Food Hydrocolloids. -2019. - Vol. 87. - 331-341 p.

4. Богданов, В. Д. Структурообразователи и рыбные композиции / В. Д. Богданов, Т. М. Сафронова. - Москва: ВНИРО, 1993. - 172 с.

5. Khawaja Muhammad Imran Bashir. Natural Food Additives and Preservatives for Fish-Paste Products: A Review of the Past, Present, and Future States of Research / Khawaja Muhammad Imran Bashir, Jin-Soo Kim, Jeong Hyeon An, Jae Hak Sohn, Jae-Suk Choi // Journal of Food Quality электронный научный журнал. - 2017 [Электронный ресурс]. - URL: https://www.hindawi.com/journals/jfq/2017/9675469/ (дата обращения: 15.05.2019).

6. Cando D. Different additives to enhance the gelation of surimi gel with reduced sodium content / Cando D., Herranz B., Borderias A.J., Moreno H.M. // Food Chemistry. - 2017. - Vol. 196. - 791-799 p.

7. Муратова, Е. И. Реология кондитерских масс: моногр. / Е. И. Муратова, П. М. Смолихина. - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013. - 188 с.

8. Косой, В. Д. Инженерная реология биотехнологических сред / В. Д. Косой, Я. И. Виноградов, А. Д. Малышев. - Санкт-Петербург: ГИОРД, 2005. - 648 с.

9. ГОСТ Р 50814-95 Мясопродукты. Методы определения пенетрации конусом и игольчатым индентором. - Введ. 01.08.1996. - Москва: Стандартинформ, 2010.

REFERENCES

1. Ryby zalivov i morskikh vod Baltiyskogo regiona: spravochnoe posobie po tekhnokhimicheskoy, tekhnologicheskoy i biologicheskoy kharakteristikam ryb [Gulf and sea fish of the Baltic region: reference manual on the techno-chemical, technological and biological characteristics of fish]. Kaliningrad, AtlantNIRO Publ., 1995, 97 p.

2. Bykov V. P. Spravochnik po khimicheskomu sostavu i tekhnologicheskim svoystvam ryb vnutrennikh vodoemov [Handbook of the chemical composition and technological properties of inland fish]. Moscow, VNIRO Publ., 1999, 207 p.

3. Abdelhedi О. Rheological and structural properties of Hemiramphus far skin gelatin: Potential use as an active fish coating agent. Food Hydrocolloids, 2019, vol. 87, pp. 331-341

4. Bogdanov V. D. Strukturoobrazovateli i rybnye kompozitsii [Structuring agents and fish compositions]. Moscow, VNIRO Publ., 1993, 172 p.

5. Khawaja Muhammad Imran Bashir. Natural Food Additives and Preservatives for Fish-Paste Products: A Review of the Past, Present, and Future States of Research

Journal of Food Quality, 2017, available at:

https://www.hindawi.com/journals/jfq/2017/9675469/ (Accessed 15 May 2019).

6. Cando D. Different additives to enhance the gelation of surimi gel with reduced sodium content, Food Chemistry, 2017, vol. 196, pp. 791-799.

7. Muratova E. I. Reologiya konditerskikh mass [Rheology of confectionery mass]. Tambov, Tambovskiy Gos. Univ., 2013, 188 p.

8. Kosoy V. D. Inzhenernaya reologiya biotekhnologicheskikh sred [Engineering rheology of biotechnological environments]. Saint-Petersburg, GIORD Publ., 2005, 648 p.

9. GOST R 50814-95 Myasoprodukty. Metody opredeleniya penetratsii konu-som i igol'chatym indentorom [Meat products. Methods for determining penetration by a cone and a needle indenter]. Moscow, Standartinform Publ., 2010

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Андреев Михаил Павлович - Калининградский государственный технический университет; доктор технических наук; профессор кафедры технологии продуктов

питания; E-mail: andreev@atlantniro.ru

Andreev Mikhail Pavlovich - Kaliningrad State Technical University;

Doctor of Technical Sciences, Professor; Department of food technology; E-mail: andreev@atlantniro.ru

Морозов Илья Олегович - Калининградский государственный технический университет; аспирант кафедры технологии продуктов питания E-mail: ilia.morozov2@mail.ru

Morozov Ilia Olegovich - Kaliningrad State Technical University;

Post-graduate student; Department of food technology; E-mail: ilia.morozov2@mail.ru