CC BY
20
УДК 664.959.5
DOI 10.46845/1997-3 071 -2020-59-141-150
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГИДРОЛИЗ ПОКРОВНЫХ ТКАНЕЙ РЫБ КАЛИНИНГРАДСКОГО РЕГИОНА
В. С. Казакова, Е. С. Землякова
HIGH TEMPERATURE HYDROLYSIS OF FISH INTEGUMENTARY TISSUES
IN THE KALININGRAD REGION
V. S. Kazakov^ E. S. Zemlyakova
Судак является одним из наиболее часто встречающихся и широко распространенных видов рыб на территории Калининградского региона. После разделки рыбы на филе как вид пищевых отходов образуется кожа. Цель исследования -изучить физико-химические свойства покровных тканей судака в различные периоды вылова и показать возможность их использования в качестве сырья для проведения высокотемпературного гидролиза. Определены физико-химические показатели в соответствии с ГОСТ 7636-85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа» с установлением массовых долей воды, белка, жира и золы. Оценка показателей проводилась у сырья, отобранного из объекта сентябрьского и ноябрьского вылова 2019 г. Гидролиз выполнен с использованием автоклавирования при температуре 130 °С под давлением 0,25 МПа в течение 60 мин при скорости вращения мешалки 60 об/мин. В результате температурного воздействия на костную, хрящевую ткани с прирезями мышц получены три фракции: верхняя (водорастворимая), нижняя (осадочная) и жировая (следы). Проведена оценка их физико-химического состава с определением массовой доли воды, белка, жира, золы, а также органо-лептическая оценка полученных фракций до высушивания, измельчения и после них. В связи с низким содержанием липидов в исходном сырье последняя фракция (следы) в ходе термолиза не была образована, и, соответственно, оценка ее физико-химического состава не проводилась. Перспективной является возможность получения и использования композиций из покровных тканей судака в качестве обогащающих добавок в технологии функциональных продуктов питания, так как гидролизованная кожа рыб - источник легкоусвояемого белка и его структурных компонентов, а также минеральных веществ и некоторых гликозами-ногликанов.
покровные ткани судака, физико-химические показатели, высокотемпературный гидролиз, водорастворимая фракция, функциональные продукты
Pike perch is one of the local fish species in the Kaliningrad region. After cutting fish on a fillet, as a type of food waste, skin forms. The purpose of the study was to study the physicochemical properties of the integumentary tissues of pike perch in various periods of fishing and to show the possibility of their use as raw materials for high-temperature hydrolysis. Determination of physical and chemical parameters has been
carried out in accordance with GOST 7636-85 "Fish, marine mammals, marine invertebrates and their processed products. Methods of analysis" with the establishment of mass fractions of water, protein, fat and ash. Evaluation of the indicators has been carried out on raw materials selected from the September and November 2019 catch. The hydrolysis has been carried out using autoclaving at a temperature of 130 ° C under a pressure of 0.25 MPa for 60 minutes, at a stirrer rotation speed of 60 rpm. As a result of temperature exposure, three fractions were obtained: upper (water-soluble) and lower (sedimentary) and fat (traces). The physicochemical composition of the obtained fractions has been estimated with the determination of the mass fraction of water, protein, fat, ash. An organoleptic evaluation of the obtained fractions has been carried out before drying and grinding, and after. It has been noted that during the hydrolysis of bone, cartilage tissue with muscle contraction, etc. three fractions are formed: sedimentary, containing insoluble particles, water-soluble and fatty. Due to the low lipid content in the feedstock, the last fraction has not been formed during the thermolysis (traces) and, accordingly, the physicochemical composition of this fraction was not evaluated. The prospect is the possibility of obtaining and using compositions from the integumentary tissue of pike perch as enriching additives in the technology of functional food products, since hydrolyzed fish skin is a source of easily digestible protein and its structural components, minerals, and some glycosaminoglycans.
Pike perch cover tissues, physical and chemical parameters, high -temperature hydrolysis, water- soluble fraction, functional products
ВВЕДЕНИЕ
Предприятия рыбопромышленного комплекса сталкиваются с проблемой утилизации ежедневно образующихся в пищевой промышленности рыбных отходов. В качестве основного способа переработки вторичного рыбного сырья (голов, костей, хрящей, плавников, чешуи, кожи, внутренностей) до сих пор остается производство кормовой рыбной муки. Очевидна необходимость решения проблемы с помощью более глубокой переработки вторичного сырья и комплексного подхода к изготовлению именно пищевой продукции. Новые технологии позволят не только снизить затраты на производство традиционных видов рыбной продукции, но и заметно расширить ассортимент обогащенных и функциональных продуктов питания.
Качество жизни человека во многом зависит от полноценного питания. Несбалансированность рациона по количественному и качественному составу (в том числе наличию необходимых для жизнедеятельности организма человека биологически активных веществ) приводит к низкой продуктивности генетически заложенного в нем потенциала. Комплексная переработка вторичного рыбного сырья и использование современных методов в ней (термолиз, ферментативный гидролиз) позволят получать биокомпозиции веществ для обогащения пищевой продукции в усвояемой организмом человека форме, что, в свою очередь, приведет к увеличению содержания БАВ в нашем рационе [1-3].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Цель работы заключалась в исследовании физическо-химических показателей покровных тканей судака в различные периоды вылова и в определении возможности их использования в качестве сырья для проведения высокотемпера-
турного гидролиза. Для достижения цели был изучен состав жидких и сублимированных гидролизатов, полученных после высокотемпературной обработки вторичного рыбного сырья, а именно кожи судака. Определены общий химический состав сырья и полученных после термолиза фракций, а также органолептические показатели последних.
Химический состав тканей рыб является непостоянным и зависит от таких факторов, как вид объекта, место его обитания, время вылова, условия жизни, поэтому определение и изучение их физико-химических показателей являются необходимыми [4]. В данном исследовании в качестве сырья используется кожа судака (сезоны вылова: сентябрь и ноябрь 2019 г.).
В Куршском заливе основной промысел составляют такие рыбы, как судак, плотва, окунь пресноводный, лещ, налим. Анализ тенденций переработки промыслового сырья Калининградского региона показывает, что для производства фарша и мороженого филе широко применяется судак [5].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
При приемке кожи судака для составления выборки из разных мест партии отбирается не более 3 % продукции по массе в соответствии с ГОСТ 313392006. Общий химический состав сырья определяется с использованием установленных стандартом методик.
У примитивных позвоночных дерма состоит главным образом из двух наборов коллагеновых волокон, расположенных в противоположных спиралях вокруг тела, создавая косой рукав, который имеет способность сгибаться без сморщивания. Общая толщина дермы изменяется в зависимости от вида, положения на теле и стадии жизни. Дерма большинства рыб делится на два базовых слоя. Верхний (наружный) представляет собой рыхлую сеть коллагеновой соединительной ткани и называется stratum spongiosum, тогда как нижний представляет собой плотный слой, состоящий преимущественно из ортогональных коллаге-новых полос, и называется stratum compactum [6].
Доминирующим белком покровных тканей судака является коллаген. В отличие от других вторичных тканей кожа рыб отличается низким содержанием жира и существенно более высоким содержанием белка [7].
Термолиз выбранного сырья проведен в автоклаве при температуре 130 °С под давлением 0,25 мПа в течение 60 мин при скорости вращения мешалки 60 об/мин. Предварительно оно промывается и измельчается на волчке диаметром 5 мм, затем смешивается с водой в соотношении 1:3 (до полного покрытия). Полученная суспензия помещается в автоклав для проведения термолиза. По окончании высокотемпературной обработки содержимое центрифугируется 20 мин при 4000 об/мин. После термолиза и центрифугирования суспензия представляет собой две фракции: верхнюю (водорастворимую) и нижнюю (осадочную). Третья (жировая) образовывается в микроскопическом количестве (следы) и в дальнейших исследованиях не учитывается. Внешний вид полученных фракций представлен на рис. 1. Они отделяются друг от друга. На рис. 2 показан внешний вид жидкой фракции. На вакуум-выпарном аппарате модели RE-52AA путем пленочного испарения и контролирования температуры концентрируется верхняя (водорастворимая) фракция до содержания сухих веществ около 40 %. Полученный полуфабрикат разливается слоем не более 1 см и замораживается при температуре не выше минус 18 оС. Подготовленная проба обезвоживается на сублимационной установке модели
Martin Christ ALPHA (рис. 3). После обезвоживания полуфабрикат измельчается. Вид последнего представлен на рис. 4. Использование протеиновой фракции возможно как в жидком, так и в высушенном виде в зависимости от вида конечного продукта. Поэтому исследования физико-химических и органолептических показателей водорастворимой фракции проводятся и в жидком, и в высушенном виде по стандартным методикам, регламентированным в ГОСТ 7636-85.
Рис. 1. Внешний вид двухфазной системы после центрифугирования: а) водорастворимая фракция; б) не растворимая в воде фракция Fig. 1. Appearance of a two-phase system after centrifugation: а) water-soluble fraction; b) non-water-soluble fraction
Рис. 2. Жидкая протеиновая фракция Fig. 2. Liquid protein fraction
Рис. 3. Высушенная протеиновая фракция Fig. 3. Dried protein fraction
Рис. 4. Высушенная и измельченная протеиновая фракция Fig. 4. Dried and crushed protein fraction
Протеиновые сублимированные композиции, полученные после термогидролиза кожи, представляют собой водорастворимые порошки светло-желтого цвета с легким запахом сушеной рыбы. В аминокислотном составе коллагенсодер-жащего сырья, каким является кожа судака, преобладают глицин, пролин и его производные, лизин, аргинин, глутамин и гиалуроновая кислота [8]. Последняя находится в комплексах с коллагеновыми белками, обладает высокой гигроскопичностью, за счет чего обеспечивается оптимальный уровень гидратации тканей, способствующий обеспечению оптимальной «организации» белкового каркаса дермы.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Таблица 1. Общий химический состав сырья, % Table 1. Total chemical composition of raw materials, %
Объект исследования Массовая доля, %
вода белок жир зола
Кожа судака (сентябрь 2019 г.) 58,6 29,4 1,2 11,4
Кожа судака (ноябрь 2019 г.) 56,4 28,4 1,6 13,5
По данным табл. 1, покровная ткань исследуемых объектов может быть отнесена к сырью, для которого характерно достаточно высокое содержание белка (от 28,4 до 29,4 %), низкое - жира (от 1,2 до 1,4 %) и высокое - воды (56,4-58,6 %). Химические показатели кожи судака осеннего вылова имеют приблизительно равные значения.
Высокое содержание белков в коже судака позволяет судить о ней, как о перспективном источнике получения гиалуроновой кислоты в комплексе с коллагеном [9]. Полученные порошки предполагается использовать в качестве обогащающих добавок в технологии новых функциональных продуктов питания для поддержания работы опорно-двигательного аппарата человека.
Таблица 2. Общий химический состав жидкого гидролизата, % Table 2. Total chemical composition of liquid hydrolysate, %_
Объект исследования Выход жидкого гидролизата, % массы суспензии Содержание, %
вода белок жир минеральные вещества
Кожа судака 76 91,4 7,2 0,06 1,3
Таблица 3. Общий химический состав сублимированного гидролизата, % Table 3.Total chemical composition of freeze-dried hydrolysate, %
Объект исследования Выход сублимированного гидролизата, % массы сырья Содержание, %
вода белок жир минеральные вещества
Кожа судака 7,4 8,2 76,4 0,7 14,7
Получение сублимированного гидролизата является достаточно дорогостоящим, однако он гораздо более стоек в хранении, и использование его в таком виде распространено в большинстве технологий изготовления пищевых продуктов.
Осадочную фракцию высушивают (рис. 5) и измельчают (рис. 6) на мельнице до получения порошкообразной массы с размером частиц не более 0,4-0,5 мм. Применение осадочной фракции возможно только в высушенном и измельченном виде, поскольку изначально фракция является крупнозернистой массой, которую не представляется возможным использовать в дальнейших тех-
нологиях. Исследования органолептических и физико-химических показателей качества только высушенного и измельченного полуфабриката проводятся по стандартным методикам, регламентированным в ГОСТ 7636-85.
Рис. 5. Высушенная осадочная фракция Fig. 5. Dried water-insoluble fraction
Рис. 6. Высушенная и измельченная осадочная фракция гидролизата Fig. 6. Dried and crushed water-insoluble fraction
Таблица 4. Общий химический состав водонерастворимой фракции, % Table 4. Total chemical composition of the water-insoluble fraction, %
Объект исследования Выход водонерастворимой фракции, % массы суспензии Содержание, %
вода белок жир минеральные вещества
Кожа судака 22 0,9 1,8 0,3 97
Осадочные измельченные композиции, извлеченные методом термогидролиза, представляют собой порошки палевого цвета с легким запахом, свойствен-
ным сушеной рыбе. Полученные полуфабрикаты планируется использовать в дальнейших исследованиях как обогатители пищевых продуктов в качестве источника минеральных веществ. Натрий, калий, фосфор, магний, хлор в наибольшем количестве входят в состав кожи пресноводных рыб и не разрушаются под воздействием высоких температур.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Принимая во внимание, с одной стороны, формирующиеся отечественные тенденции к глубокой переработке и рациональному использованию рыбных отходов и, с другой - отсутствие на внутреннем рынке предложений по обогащению пищевых продуктов нутриентами с доказанным эффектом, покровные ткани рыб Балтийского моря и его заливов могут рассматриваться в качестве дополнительного источника сырья пищевого назначения для получения обогащающих добавок при создании функциональных продуктов. Изучены физико-химические показатели покровных тканей судака в различные периоды вылова, и показана возможность их использования для проведения высокотемпературного гидролиза. Произведен анализ состава жидких и сублимированных гидролизатов после высокотемпературной обработки кожи судака. Определен общий химический состав используемого сырья и полученных после термолиза фракций. Дальнейшие исследования фракций, извлеченных при высокотемпературной обработке покровных тканей судака, будут оценены по содержанию гиалуроновой кислоты, аминокислотному и минеральному составам.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Ghaly D. A. Fish Processing Wastes as a Potential Source of Proteins, Amino Acids and Oils [Microbial and Biochemical Technology]. Spain, Longdom Publishing, 2013, 107-127 p.
2. Мезенова, О. Я. Биотехнология обогащенных пищевых продуктов и биологически активных композиций из недоиспользуемых гидробионтов / О. Я. Мезенова, Н. Ю. Ключко, Е. С. Землякова, К. Г. Анашкина // Олимпиада 2014: Технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания: Междунар. науч.-практ. конф. (1-3 июня): материалы / КубГТУ. -Краснодар, 2009. - С. 209-211.
3. Arvanitoyannis I. S. Fish industry waste: treatments, environmental impacts, current andpotential uses [Food Science and Technology] - United States, Academic Press, 2008. - 726-45 p.
4. Красакова, Т. В. Сравнительная характеристика состава и пищевой ценности субпродуктов разделки рыб Балтийского моря как объектов промышленной переработки на консервы / Т. В. Красакова, Т. Н. Рулева // Производство рыбной продукции: проблемы, новые технологии, качество: Х Междунар. науч.-практ. конф.: материалы. - Калининград: АтлантНИРО, 2015. - С. 236-240.
5. Справочная информация «Правила рыболовства для Западного рыбохо-зяйственного бассейна» [Электронный ресурс]. - URL: http://www.consultant.ru (дата обращения 10.01.2020 г.)
6. Farrell A.P. Functional morphology of the integumentary system in fishes [The Skin Functional Morphology of the Integumentary System in Fishes]. United States, Academic Press, 2011, 482 p.
7. Землякова, Е. С. Комплексная переработка опорно-каркасных и покровных тканей судака на функциональные продукты: дис. ... канд. техн. наук: 05.18.04, 05.18.07 / Землякова Евгения Сергеевна; КГТУ. - Калининград, 2009. -233 с.
8. Быков, В. П. Справочник по химическому составу и технологическим свойствам морских и океанических рыб / В. П. Быков, Г. П. Ионас, Г. Н. Головко-ва. - Москва: ВНИРО, 1998. - 223с.
9. Казакова, В. С. Источники получения гиалуроновой кислоты / В. С. Казакова, Е. С. Землякова // VII Международный Балтийский морской форум. VIII Междунар. науч.-практ. конф. «Пищевая и морская биотехнология» (7-12 октября 2019 г.): материалы. - Калининград: Изд-во БГАРФ, 2019. - С. 64-68.
REFERENCES
1. Ghaly D. A. Fish Processing Wastes as a Potential Source of Proteins, Amino Acids and Oils [Microbial and Biochemical Technology]. Spain, Longdom Publishing, 2013, 107-127 p.
2. Mezenova O. Ya., Klyuchko N. Yu., Zemlyakova E. S., Anashkina K.G. Bio-tekhnologiya obogashchennykh pishchevykh produktov i biologicheski aktivnykh kom-ponentov iz nedoispol'zuyemykh gidrobiontov [Technological and ecological aspects of healthy foods production]. Materialy nauchno-prakticheskoy konferentsii KubGTU, 1-3 iyunya [Proceedings of the Scientific and Practical Conference KubGTU, 1-3 June]. Krasnodar, 2009, рр. 209-211.
3. Arvanitoyannis I. S. Fish industry waste: treatments, environmental impacts, current and potential uses [Food Science and Technology]. United States, Academic Press, 2008, pp. 726-745.
4. Krasakova T. V., Ruleva T. N. Sravnitel'naya kharakteristika sostava i pishchevoy tsennosti subproduktov razdelki ryb Baltiyskogo morya kak ob"yektov promyshlennoy pererabotki na konservy [Comparative characteristics of the composition and nutritional value of the Baltic sea fish offal as objects of industrial processing for canned food]. Materialy X Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii "Proizvodstvo rybnoy produktsii: problemy, novyye tekhnologii, kachestvo " [Proceedings of X international scientific-practical conference "Production of fish products: problems, new technologies, quality"]. Kaliningrad, 2015, pp. 236-240.
5. Spravochnaya informatsiya "Pravila rybolovstva dlya Zapadnogo rybokho-zyaystvennogo basseyna" [Background information "Fisheries Rules for the Western Fisheries Basin"]. Available at: http://www.consultant.ru (Accessed 10 January 2020).
6. Farrell A.P., Functional morphology of the integumentary system in fishes. United States, Academic Press, 2011. 482 p. (Russ. Ed.: Farrell A. P. Funktsional'naya morfologiya pokrovnoy sistemy u ryb. Moscow, Aquaculture Publ., 2011, 482 p.).
7. Zemlyakova E. S. Kompleksnaya pererabotka oporno-karkasnykh i pokrov-nykh tkaney sudaka na funktsional'nyye produkty. Diss. kand. tekhn. nauk [Complex processing of backbone-skeleton and integumentary tissues of pike perch on functional products. Dis. cand. tech. sci.] Kaliningrad, 2009, 233 p.
8. Bykov V. P. Spravochnik po khimicheskomu sostavu i tekhnologicheskim svoystvam morskikh i okeanicheskikh ryb [Handbook on the chemical composition and technological properties of marine and oceanic fish]. Moscow, VNIRO Publ., 1998, 223 p.
9. Kazakova V. S., Zemlyakova E. S. Istochniki polucheniya gialuronovoy kisloty [Sources of hyaluronic acid]. Materialy VIIMezhdunarodnogo Baltiyskogo mor-skogo foruma. VIII Mezhdunarodnaya nauchno-prkticheskaya konferentsiya "Pishchevaya i morskaya biotekhnologiya" (7-12 oktyabrya 2019 g.). [Materials of the VII International Baltic Maritime Forum. VIII International Scientific and Practical Conference "Food and Marine Biotechnology" (7-12 October 2019)]. Kaliningrad, 2019, pp. 64-68.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Казакова Виктория Сергеевна - Калининградский государственный технический университет; аспирант кафедры пищевой биотехнологии; E-mail: vashilo_vika@mail.ru
Kazakova Viktoriya Sergeevna - Kaliningrad State Technical University; post-graduate student at the Department of Food Biotechnology; E-mail: vashilo_vika@mail.ru
Землякова Евгения Сергеевна - Калининградский государственный технический университет; доцент кафедры пищевой биотехнологии; зам. декана по научной работе; E-mail: evgeniya.zemlj akova@klgtu.ru
Zemlyakova Evgenia Sergeevna - Kaliningrad State Technical University; Associate Professor of the Department of Food Biotechnology; Deputy Dean for Research; E-mail: evgeniya.zemljakova@klgtu.ru
