Разработка технологий пресервов и консервов из рыб с использованием лактоферментированных овощных субстратов

17

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АЛО - азот летучих оснований;

БАВ - биологически активные вещества;

ВУС - влагоудерживающая способность, %;

ГБ - гидробионты;

ГМ - гидромодуль;

МВЭ - микроволновая энергия;

НД - нормативная документация;

ПО - предварительная обработка;

ПТО - предварительная тепловая обработка;

СВЧ - сверхвысокие частоты.

ВВЕДЕНИЕ

Рыба является одним из важнейших источников питания человека. В состав мышечной ткани рыб входят такие необходимые для организма человека вещества, как легкоусвояемые белки, ненасыщенные жирные кислоты серии ю - 3, - 6, минеральные вещества и витамины.

Ассортимент рыбной продукции, представленной на рынке Украины, включает в себя широкий диапазон наименований. Производство пресервов и консервов из рыб по традиционным технологиям можно отнести к энергозатратным.

Актуальность темы. ГБ являются обязательным компонентом сбалансированного питания. Производство рыбных консервов, которые прошли тепловую стерилизацию, и пресервов, которые сохраняют в полном объеме нативные свойства сырья, занимает львиную долю выпуска рыбных продуктов в Украине. При производстве пресервов значительные энергозатраты образовываются из периода созревания и хранения при низких температурах (0...-10 °С), а при производстве консервов энергозатраты более значительные и связанные, как с самой предварительной тепловой обработкой (ПТО), так и с процессом стерилизации. Кроме того, консервы, которые прошли ПТО, в значительной мере содержат вредные вещества для организма человека.

Значительные энергозатраты традиционных технологий, по которым выпускаются данные виды продукции, требуют усовершенствования технологий. Использование современного биотехнологического способа - лактоферментирования в овощных субстратах, позволит в технологии производства пресервов значительно стимулировать и сократить процесс созревания, а при производстве консервов с предварительной химической обработкой, которая уменьшает влагоудерживающую способность (ВУС) и увеличивает влагоотдачу мышечной ткани, использовать основной метаболит молочнокислых бактерии - молочную кислоту.

Связь работы с научными программами, планам, темами. Работа отвечает тематике исследований проблемной научно-исследовательской лаборатории (ПНИЛ) Одесской национальной академии пищевых технологий (ОНАПТ) № 1/03 -П «Биологические основы создания биологически активных добавок и продуктов с регулируемыми свойствами» (госрегистрация № 0103U0033431), госбюджетной тематике кафедры технологии консервирования ОНАПТ «Новые технологии хранения и переработки фруктоовощного и рыбного сырья в консервированные продукты», межвузовской программе научно-исследовательской работы «Новые технологии и ресурсосберегающие технологии в энергетике, промышленности и аграрно-промышленном комплексе», согласно закону Украины № 2623 - ІІІ от 11.07.2001 года «О приоритетных направлениях развития науки и техники”, и была направлена на производство высококачественных рыбных консервов и пресервов.

Цели и задачи исследования. Целью данной работы является разработка технологий пресервов и консервов из рыб с использованием лактоферментированных овощных субстратов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- на основании соответствующего анализа выбрать овощное сырье и культуры молочнокислых бактерий для получения лактоферментированных субстратов;

- изучить динамику активной кислотности и накопления метаболита - молочной кислоты в лактоферментированных субстратах с проведением соответствующего математического анализа процесса;

- разработать технологию быстросозревающих пресервов с использованием лактоферментированных овощных субстратов и предварительной электрофизической обработки пряностей и соли с целью создания благоприятных условий для развития молочнокислых бактерий;

- изучить влияние молочной кислоты биологического происхождения на ВУС и влагоотдачу мышечной ткани рыб;

- определить степень влияния процесса лактоферментирования на содержание белков мышечной ткани рыб;

- разработать технологию рыбных консервов с использованием процесса лактоферментирования полуфабриката вместо традиционной ПТО;

- научно обосновать параметры традиционных и щадящих режимов стерилизации на принципах термостабилизации консервов из лактоферментированного полуфабриката;

- изучить особенности влияния различных технологий и способов стерилизации на изменения биохимических и физико-химических показателей качества консервов;

- разработать и утвердить НД на новый вид консервов из лактоферментированного полуфабриката, а также провести промышленную апробацию разработанных режимов термостабилизации и разработать пакет соответствующей документации.

Объект исследований - технология производства пресервов и консервов из рыб, которые прошли процесс предварительного лактоферментирования в овощных субстратах с культурами молочнокислых бактерий.

Предмет исследования - химический состав мышечной ткани шпрота черноморского и пиленгаса, а также его изменения в ходе лактоферментирования в овощных субстратах с культурами молочнокислых бактерий; физико-химические характеристики готовых продуктов.

Методы исследований - с целью изучения качественных характеристик сырья готовой продукции использовали физические, химические, биохимические, микробиологические, теплофизические, математические и аналитические методы с использованием современных устройств и оборудования.

Научная новизна полученных данных:

- впервые научно обоснована и доказана целесообразность применения лактоферментированных овощных субстратов при производстве пресервов и консервов из рыб;

- изучена динамика изменений рН и массовой доли молочной кислоты лактоферментированных овощных субстратов при ферментировании мышечной ткани рыб;

- исследованы ВУС, содержание и фракционный состав белка, протеолитическая активность ферментов мышечной ткани шпрота черноморского и пиленгаса, ферментированных в овощных субстратах с L.plantarum и L.acidophilus;

- впервые предложена технология быстросозревающих пресервов с использованием лактоферментированных овощных субстратов и предварительной электрофизической обработки пряно-солевой смеси с пониженным содержанием соли;

- разработана новая технология рыбных консервов с предварительной обработкой полуфабриката путем лактоферментирования овощным субстратом с молочнокислыми бактериями;

- доказано, что использование предварительного лактоферментирования, вместо традиционной ПТО, и щадящей дробной стерилизации на принципах термостабилизации приводит к уменьшению потерь пищевых веществ и повышению пищевой и биологической ценности готовой продукции.

Практическое значение полученных результатов. В результате проведения теоретических и экспериментальных исследований разработан новый способ обезвоживания мышечной ткани рыб молочной кислотой биологического происхождения; в технологию производства консервов с предварительной обработкой в томатном соусе введена операция «лактоферментированная обработка» рыб; научно обоснованы параметры стерилизации и термостабилизации консервов «Пиленгас «Пикантный» в томатном соусе» с биотехнологическим обезвоживанием по микробиологическим показателям; разработана технология производства пресервов с использованием лактоферментированных овощных субстратов. Разработана и утверждена НД на производство консервов «Рыба «Пикантная» в томатном соусе». Практическое значение результатов работы подтверждено выдачей декларационных патентов Украины на полезную модель: № 4727 „Спосіб виробництва пресервів з мезопелагічних риб” и № 16972 „Спосіб попередньої обробки риби перед консервуванням”. Разработан и утвержден полный пакет документации на научно обоснованные параметры дробной стерилизации на принципах термостабилизации консервов «Пиленгас «Пикантный» в томатном соусе».

Разработанный режим дробной стерилизации консервов «Пиленгас «Пикантный» в томатном соусе» был апробирован на «Рыбоконсервном комбинате «НОВИЙ» в г. Севастополе. Новая технология имеет социальный эффект, который заключается в улучшении качественных показателей готовых консервов за счёт исключения традиционной ПТО и обогащения биологически активными веществами. Экономический эффект состоит в снижении совокупных эксплутационных затрат с 121945,85 до 65644,39 грн. за год.

Личный вклад соискателя. Автору принадлежит обеспечение методического оформления работы, планирование и получение результатов аналитических и экспериментальных исследований. Анализ и обобщение полученных результатов исследований проведен по согласованию с научным руководителем к.т.н., доцентом Добробабиной Л.Б., и заведующим кафедрою технологии консервирования, д.т.н., проф. Безусовым А.Т.

Изучение биохимических и микробиологических изменений лактоферментированного сырья проводили в лабораториях кафедры технологии консервирования, ПНИЛ под руководством д.т.н., профессора Черно Н.К., лабораториях кафедры биохимии, микробиологии и физиологии питания ОНАПТ под руководством д.т.н., профессора Капрельянца Л.В., научно-исследовательской лаборатории биохимии и физиологии растений Селекционно-генетического института Национального центра семеноведения и сортоизучения УААН.

Личный вклад соискателя состоит в проведении научных исследований в лабораторных условиях и их реализации, оптимизации процесса лактоферментирования, расчётах экономической эффективности, а также в публикации результатов исследований, разработке проектов нормативной документации и оформлении патентов.

Апробация результатов диссертации. Основанные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава ОНАПТ 2005 и 2006 гг., на ІІ международной научно-практической конференции "Харчові технології - 2006" (г. Одесса, 2006 г.), на Х международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учённых «Екологія. Людина. Суспільство» (г. Киев, 2007 г.), где получили Диплом за высокий уровень работы.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано в соавторстве 6 печатных работ, из них: 3 в специализированных изданиях, 2 - декларационных патента Украины на полезную модель, 1 - тезис научно-практической конференции.

РАЗДЕЛ 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРЕСЕРВОВ И КОНСЕРВОВ

Рыба -- один из важнейших источников белкового питания человека. Однако ее используют не только для приготовления разнообразных пищевых продуктов, но и для получения ряда ценных лечебных, кормовых и технических продуктов. Такое комплексное использование рыбы основано на том, что отдельные части ее тела имеют различные строение и химический состав. Размеры, химический состав и пищевая ценность рыбы зависят от ее вида, возраста, пола, физиологического состояния, а также условий обитания [32, 101, 124, 142].

1.1 Химический состав рыбы и морепродуктов

Основная масса промысловых рыб, то есть добываемых в массовых количествах, относится к высшим костистым (класс Pisces, подкласс Teleosyei), но некоторые виды являются представителями хрящекостных рыб (осетровые - класс: Pisces, подкласс Chondrostei) и хрящевых рыб (акулы, скаты - класс Selachii) [3, 7, 22].

В состав тела рыбы входит большое число различных химических веществ, среди которых преобладающее значение имеют белки, липиды, вода и некоторые минеральные вещества [23, 77].

Эти вещества являются основным материалом, из которого построены ткани и органы рыб. Помимо них, в тканях рыбы находятся вещества, являющиеся продуктами белкового и липидного обмена в организме, а также различные специфические вещества, служащие регуляторами жизненных процессов -- витамины, ферменты и гормоны [15, 137, 134, 139].

Особенности химического состава и пищевая ценность мышечной ткани гидробионтов. Мясом у рыб принято называть туловищные мышцы вместе с заключенной в них соединительной и жировой тканью, кровеносными и лимфатическими сосудами и мелкими межмышечными косточками. Мясо -- основная съедобная часть рыбы, составляющая в среднем половину всей массы тела [22, 91].

Химический состав мяса рыб, как и целой рыбы, характеризуется обычно содержанием в нем воды, липидов (жира), общего количества всех азотистых веществ, называемых часто условно белком, и минеральных веществ (золы). Для правильной оценки пищевых достоинств мяса рыбы важное значение имеют также сведения о содержании в нем полноценных мышечных белков, то есть белков, входящих в состав мышечных волокон, и белков соединительной ткани, небелковых азотистых соединений, различных видов веществ, относимых к липидам, а также витаминов и отдельных физиологически важных минеральных элементов (калия, фосфора, йода, кобальта, меди и др.).

Химический состав мяса рыбы непостоянен и изменяется в зависимости от ее вида, возраста, физиологического состояния, времени и места вылова, причем наблюдаются те же закономерности, что и в изменении химического состава целой рыбы.

Для правильной оценки пищевых достоинств рыбы и выбора способов ее использования и переработки важно знать не только содержание в ее тканях отдельных веществ или групп веществ, но и их состав и свойства, которые рассматриваются ниже.

Заключенная в мясе рыбы вода имеет очень большое значение, поскольку участвует в биохимических реакциях, обусловливающих посмертные изменения и порчу рыбы, а также в физических и химических процессах, происходящих в тканях рыбы при ее обработке. Содержание воды в мясе рыбы колеблется от 60 до 82 г/100 г [77, 137, 139].

В тканях рыбы вода находится частично в связанном и частично в свободном состоянии и поэтому неоднородна по своим физико-химическим свойствам, биологической роли и технологическому значению [8, 165, 166].

Входящие в состав мяса рыбы азотистые вещества представлены в основном белками. Белки -- наиболее важные и сложные по своей химической природе вещества, входящие в состав мышечной и соединительной ткани, образующей мясо рыбы.

Различные виды белков, находящихся в составе мяса рыбы, имеют разную структуру, физико-химические и биохимические свойства, однако элементарный состав их мало различается.

Белки рыб в зависимости от их способности растворяться в определенных условиях делят на 4 фракции [84]:

1) водорастворимую, представленную главным образом белками саркоплазмы (миоген, миоглобин, глобулин, миоальбумины, нуклеопротеиды);

2) солерастворимую, представленную белками миофибрилл (миозин, актин, актомиозин, тропомиозин, нуклеотропомиозин);

3) соленерастворимую (щелочерастворимую), состоящую из белков, находящихся в особом состоянии, и денатурированных белков, перешедших в нерастворимое состояние из первых двух фракций;

4) строму (соединительнотканные белки, или белки сарколеммы -- коллаген, эластин, ретикулин).

Миофибриллярные белки, в свежей мышечной ткани, составляют до 60 %, саркоплазматические -- до 25...30 %, щелочерастворимые -- до 25 %, стромы -- до 3 % их общего содержания.

При переработке это соотношение меняется: уменьшается содержание растворимых миофибриллярных и саркоплазматических белков и увеличивается количество денатурированных. Миофибриллярные белки отвечают за сохранение структуры мышечной ткани. При переходе их в денатурированное состояние нарушаются связь белка с водой, целостность мышечных волокон, что приводит к значительным потерям тканевого сока, получению продукции с сухой и жесткой консистенцией, не говоря уже о потерях массы сырья и готовой продукции [23, 167 169].

Следует отметить, что миофибриллярные белки более лабильны по сравнению с саркоплазматическими, поэтому при нарушении режимов переработки они денатурируют в первую очередь, снижая тем самым значения белкового коэффициента и реологических характеристик мышечной ткани.

Среди белков соединительной ткани коллаген является основным, в значительной степени определяющим структурно-механические свойства мяса рыбы.

Физико-химические изменения коллагена рыбы влияют на прочность соединительной ткани и расслоение мяса по септам. Денатурация коллагена при тепловой обработке и его превращение в растворимый глютин являются важнейшими технологическими свойствами этого белка. Низкое содержание белков стромы (в 3...7 раз) в мясе рыб обеспечивает его нежность, мягкость и лучшую усвояемость по сравнению с мясом теплокровных животных [142].

Сведения о фракционном составе белков мышечной ткани, как в сырье, так и в готовой продукции позволяет судить о качественных показателях сырья и глубине денатурационно-коагуляционных процессов происходящих при изготовлении готовой продукции из ГБ.

Наряду с белками в мышечной ткани ГБ содержатся 7 классов небелковых азотистых соединений, наиболее важными из которых являются аминокислоты, способные реагировать друг с другом с образованием ковалентной пептидной (амидной) связи [84, 85].

С точки зрения питания выделяют эссенциальные аминокислоты. Эти аминокислоты не могут синтезироваться в организме человека и должны поступать с пищей.

Содержание отдельных аминокислот меняется в зависимости от вида рыбы и ее физиологического состояния (времени лова). Содержание свободных аминокислот в мясе свежей рыбы составляет 15...20 % общего количества азота небелковых веществ. Аминокислоты, в особенности моноаминокислоты, оказывают влияние на вкус мяса рыбы [142].

К небелковым азотистым веществам относят так же экстрактивные соединения: триметиламмониевые основания, летучие основания, производные гуанидина и имидазола, амиды кислот, пуриновые основания. Эти вещества являются промежуточными продуктами распада белков и аминокислот. От их количества и состава зависят органолептические характеристики готовых рыбных продуктов [145].

Летучие основания, в мясе свежей рыбы, содержатся в незначительном количестве, от 15 до 25 мг/100 г [142, 143]. По мере развития посмертных процессов их содержание увеличивается и служит критерием при определении качества сырья, так как их чрезмерное накопление не только ухудшает органолептические показатели готовой продукции, но и способствует протеканию реакции Майяра [84].

Другим важным элементом химического состава мышечной ткани рыб являются липиды. Жир локализован: в подкожном слое у сельдевых, палтуса и др.; во внутренних органах и брюшной полости у тресковых, макруруса, морского окуня, судака; равномерно по всей мышечной ткани у скумбрии, ставриды, сардины, анчоусов. Он представляет собой главным образом структурный жир, а его содержание колеблется от 2 до 33 % в зависимости от видов рыб.

Важная отличительная особенность жиров рыб -- преобладание в их составе ненасыщенных жирных кислот, что обуславливает их жидкое состояние и наличие среди них высоконепредельных с четырьмя - шестью двойными связями, которые в жирах наземных животных отсутствуют.

Количество насыщенных кислот в жире мяса разных рыб составляет от 17 до 30 %, а ненасыщенных соответственно 70...83 % от общей массы всех жирных кислот [96, 134].

К ненасыщенным жирным кислотам относятся кислоты серии ю - 3, - 6, которые являются незаменимыми факторами питания. Они обладают высокой биологической активностью и не синтезируются в организме человека.

Такие липоиды, как лецитин и холестерин обнаружены в мясе рыб в количествах 0,21...0,65 % и 0,045…0,150 % соответственно [96, 118].

Жирорастворимые пигментные вещества (каротиноиды) -- астаксантин, лютеин и др. -- придают жиру рыб окраску от светло-желтой до красной (у лососевых рыб). В жире сардины найден также хлорофилл, отчего она имеет зеленоватый оттенок. Содержание каротиноидов в коже и подкожном жире разных рыб составляет от 0,13 до 14,0 мг % [100].

Витамины, являясь биологически активными веществами, имеют огромное значение в нормализации процессов обмена веществ. Содержащиеся в рыбном сырье витамины подразделяют на две группы: водорастворимые и жирорастворимые.

Такие витамины, как А, D, Е определяют исключительную пищевую ценность рыб, так как они в основном присутствуют в телах рыб и в малой степени синтезируются растениями.

Содержание водорастворимых витаминов, локализованных в рыбном сырье, а именно в красной боковой мышце невелико и колеблется от 0,95 мг % до 13,42 мг % [23].

Рыба является богатым источником минеральных веществ. Содержание их в мышечной ткани, как правило, стабильно и составляет 1...3% [77].

К группе макроэлементов ГБ относят натрий, калий (90...1000мг%), кальций, фосфор (до 700 мг%), магний (25...70 мг%) [8]. Данные элементы входят в состав биологических жидкостей (участвуют в солевом обмене и осморегуляции), биологически активных веществ и являются незаменимыми; содержание их в рыбном сырье является одним из показателей его пищевой ценности. К группе микроэлементов относятся железо, медь, марганец, цинк, ртуть, свинец, кадмий и др. Микроэлементы входят в состав биологически активных веществ, таких как ферменты, витамины, гормоны. Их роль в организме очень велика.

На содержание минеральных элементов в мышечной и других тканях рыбы оказывают влияние состав и концентрация солей в окружающей ее воде. В мясе морских рыб минеральных элементов содержится больше, чем в мясе пресноводных рыб. Важным отличием между морскими и пресноводными рыбами является полное отсутствие или крайне незначительное содержание в мясе последних иода и брома.

Углеводы содержатся в небольших количествах в мышцах рыбы в виде животного крахмала - гликогена. Содержание углеводов составляет десятые доли процента. Тем не менее, влияние на качество продукции оказывают аминосахара (гексозамины - глюкозамин и галактозамин), моносахариды (пентозы), мукополисахариды. Образованием меланоидинов, по реакции Майяра, при участии гексозаминов объясняется наблюдаемое часто потемнение томатного соуса и поверхности кусков рыбы в консервах во время стерилизации. Гексозамины составляют примерно 45% от массы мукополисахаридов [114, 151].

Понятие «пищевая ценность» отражает всю полноту полезных качеств продукта, связанных с оценкой содержания в нем широкого перечня пищевых веществ. Оно складывается из потребительских свойств, которые характеризуются размером и выходом съедобной части рыбы, консистенцией, органолептическими и биохимическими показателями мышечной ткани, а также содержанием основных пищевых веществ, необходимых для питания человека.

Биологическая ценность отражает качество белковых, жировых и минеральных компонентов продукта, связанных со степенью сбалансированности аминокислотного, жирнокислотного и минерального состава [103].

Белки рыбного сырья имеют достаточно высокую биологическую ценность, общее количество их незаменимых аминокислот, как правило, выше эталона ФАО/ВОЗ (36,0 г/100 г белка). Однако оно не в полной мере характеризует биологическую ценность белка. Наряду с этим, важное значение имеет сбалансированность белков по аминокислотному составу, т.е. её скору. В подавляющем большинстве белки различных видов рыб не имеют лимитирующих аминокислот или имеют одну, реже две лимитирующие аминокислоты, причем аминокислотный скор редко опускается до отметки 60 % [90].

В современной биохимии наряду с аминокислотным составом биологическая ценность белков определяется содержанием лизина и степенью их усвоения после переваривания. Степень переваривания, в свою очередь, зависит от структурных особенностей, активности ферментов, глубины гидролиза в желудочно-кишечном тракте и вида предварительной обработки белков в процессах приготовления пищи (тепловой, гидротермической, в поле СВЧ и т. д.). Дозированная тепловая обработка, разваривание, протирание и измельчение ускоряют переваривание белка, особенно растительного, тогда как нагревание при очень высоких температурах (свыше 100°С) замедляет [84].

Животные белки имеют более высокую усвояемость, чем растительные. Из животных белков в кишечнике всасывается более 90 % аминокислот, а из растительных -- только 60 - 80 %. В порядке убывания скорости усвоения белков в желудочно-кишечном тракте пищевые продукты располагаются следующим образом: рыба > молочные продукты > мясо > хлеб > крупы. Одной из причин более низкой усвояемости растительных белков является их взаимодействие с полисахаридами (целлюлозой, гемицеллюлозами), которые затрудняют доступ пищеварительных ферментов к полипептидам [103].

При недостатке в пище углеводов и жиров требования к белку (как носителю пищевой ценности) особенно возрастают, так как наряду с биологической ролью он начинает выполнять и энергетическую роль. С другой стороны, при избыточном содержании белков (на фоне необходимого количества основных энергетических компонентов) возникает опасность синтеза липидов и ожирения организма.

Биологическую ценность липидов оценивают по их жирнокислотному составу. Учитывают также содержание высокомолекулярных полиненасыщенных жирных кислот серии щ - 3 и - 6 [102].

Пищевую ценность рыбы определяет относительное содержание в ее теле съедобных частей, а также количество и качество входящих в них не только азотистых веществ, липидов, но и витаминов и минеральных солей.

Ферменты гидробионтов. В тканях рыбы, как и в тканях любого животного организма, находится в малых количествах большое число разнообразных специфических веществ -- ферментов, выполняющих роль биологических катализаторов химического превращения веществ при белковом, липидном и углеводном обмене, лежащем в основе жизненных процессов.

По своей химической природе ферменты -- белковые вещества, часть их принадлежит к простым, а часть -- к сложным белкам.

Протекающие в живом организме (при участии ферментов) реакции идут постоянно в двух направлениях: с одной стороны -- по пути распада веществ, а с другой стороны -- по пути синтеза нужных организму веществ. В процессе постмортальных изменений ГБ ферментативные процессы приобретают одностороннюю направленность и сводятся лишь к распаду веществ.

В мышечной ткани ГБ обнаружено более 50 ферментов, катализирующих реакции превращения входящих в ее состав азотистых веществ, липидов и углеводов. Большой комплекс разнообразных ферментов находится также во внутренних органах -- печени и поджелудочной железе, желудке, кишечнике, почках и половых железах (гонадах), которые отличаются более высокой активностью по сравнению с ферментами мышечной ткани [99].

Протеолитические ферменты, гидролизующие белки и пептиды, катализируют гидролиз пептидной связи в молекулах белков и пептидов.

Пептидгиролазы - протеолитические ферменты, содержатся в мышечной ткани и внутренних органов рыб. Эти ферменты представлены тремя комплексами пептидгиролаз: кислыми комплексами пептидгиролаз ткани (рН 3,0 - 4,0), щелочными комплексами пептидгиролаз (рН 7,0 - 8,0) и кислыми комплексами пептидгиролаз внутренних органов (рН 2,5 - 3,5). Известно, что активность последних в 5-6 раз превышает активность ферментов мышечной ткани [85].

Согласно современному представлению протеолиз в мышечной ткани рыб осуществляется при активном участии ферментов внутриклеточного (лизосомального) происхождения - катепсинов (класс аспартильных протеаз), которые действуют как эндопептидазы с довольно широким оптимумом. Одним из наиболее изученных в настоящее время является катепсин Д. Назначение катепсинов - реагировать с белками тканей. При этом катепсины Д относятся к наиболее важным, поскольку они инициируют белковый гидролиз с образованием пептидов, которые в свою очередь расщепляются другими катепсинами, такими как катепсин С. Известно влияние протеолиза тканевым катепсином на процесс созревания и порчи рыбы [16, 84].

Так называемые кислые протеиназы характерны для катепсина Д, однако нет доказательств принадлежности ферментов к указанному катепсину, кроме гидролизуемости субстрата в определённой зоне рН.

Катепсин Д рыб отличается от остальных катепсинов тем, что предпочтительнее гидролизует гемоглобин (при рН 4) при этом удельная активность фермента выше, чем у наземных животных. Катепсин Д также может гидролизовать эндогенные (растворимые) белки в широком диапазоне рН 3...7. При рН 7 остаётся более 50 % максимальной активности катепсина Д. Наиболее высокая активность пептидгидролаз мышечной ткани рыб наблюдается при рН 3,5...4,5, при рН свойственном мышечной ткани рыбы, активность в 3...10 раз ниже и при рН 8 существенная активность не наблюдается [87].

Основными свойствами катепсина Д являются значительная термостабильность и более высокая активность по сравнению с мышечной тканью наземных животных. Температурный оптимум протеиназ находится в пределах 40...60 °С [87].

При увеличении концентрации соли происходит ингибирующее действие на активность мышечных пептидгидролаз, что тормозит ферментативную порчу ГБ, но замедляет созревание солённой продукции.

Под действием протеолитических ферментов происходит гидролиз белков мышечной ткани, вследствие чего изменяется консистенция, происходит образование веществ, придающих запах, вкус, цвет продукту при хранении. В зависимости от условий протекания ферментации можно получить продукт с положительными или отрицательными свойствами.

1.2 Физико-химические и структурно-механические изменения белков ГБ

В настоящее время недостаточно изучено, каким изменениям подвергаются белки мышечной ткани ГБ вследствие постмортальных изменений. Установлено, что созревание увеличивает количество актина, растворимого в соляном растворе, и вызывает разрушение структуры миофибрилл.

Морфологические изменения в миофибриллах рыб, идущие вовремя посмертного хранения, исследовали Токива и Мацумия [168]. При сравнении способности к измельчению с протеканием посмертных процессов, проявляющихся в изменении реологических свойств мышечной ткани, авторы заметили, что мышцы рыб, долго сохраняющих свежесть, имеют волокна, более устойчивые к измельчению.

Авторы считают, что изменение миофибрилл - основного структурного элемента мышечного волокна является результатом действия катепсинов мышечной ткани во время хранения рыбы на белок альфа-актин, образующий материал светлой поперечной полосы миофибриллы.

В мясе рыбы вследствие дальнейших превращений белков полностью исчезает упругость, характеризующая свежее сырье. Ткани приобретают черты липкого и липко-пластичного тела. Такое состояние наступает в стадии автолиза. Признаки автолитических процессов легче всего можно заметить на стенках брюшной полости непотрошеной рыбы, в которой действуют также ферменты пищеварительного тракта.

Какими бы ни были причины, вызывающие автолиз, в результате него в мясе образуются продукты деструкции белка -- аминокислоты и другие небелковые азотистые вещества основного характера. Результатом этих биохимических изменений является следующая динамика рН: 7,3…7,7 - у свежей рыбы, 7,6…7,8 - у уснувшей, 6,4 - в стадии автолиза. В ходе развития микробиологической порчи, реакция мяса снова становится щелочной. Рост рН является результатом бактериального разложения карбамида с образованием аммиака. В течение этого же срока хранения в более глубоких слоях мяса еще наблюдается рН ниже 7 [16].

Процесс перехода из состояния золя в состояние геля называется коагуляцией белкового золя. Белки можно осадить без изменения их структуры, т.е. без денатурации. Так, например, многие белки осаждаются из растворов при добавлении таких солей, как сернокислый аммоний или хлористый натрий. Если такое «высаливание» вести при низких температурах (0…+4 °С), то выпавший белок может быть повторно растворён, с сохранением всех его первоначальных свойств. Коагуляция может быть вызвана также воздействием на белки: повышенными концентрациями метилового и этилового спиртов при температурах -5…-10 °С; растворами солей при различных значениях рН кислот [68, 169].

Равенство положительных и отрицательных зарядов в молекуле белка, равенство кислой и основной степеней диссоциации называется изоэлектрическим состоянием. Величина рН среды, при которой белки находятся в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрической точкой. У большинства белков преобладают кислотные свойства, и их изоэлектрическая точка находится в кислой среде. У белков, содержащих очень много диаминокислот, наиболее сильно выражены основные свойства; изоэлектрическая точка этих белков находится в щелочной среде.

Характер превращения белков при обработке рыбы зависит от изоэлектрической точки белков мышечного волокна, она находится в пределах рН 5,2...5,5. По мнению некоторых исследователей (Эбсен) [78, 168], изоэлектрическая точка лежит в области рН 4,0...4,5. С изоэлектрической точкой связана способность белков к гидратации и растворению; изменение рН среды ведет к уменьшению или увеличению гидратации и растворимости белков [139]. В изоэлектрической точке белки легко выпадают в осадок, в наименьшей степени набухают и имеют наименьшую вязкость.

Нативная трехмерная структура белков поддерживается разнообразием внутри- и межмолекулярных сил и поперечных связей. Любое изменение условий среды в технологических потоках производства пищевых продуктов оказывает влияние на не ковалентные связи молекулярной структуры и приводит к разрушению четвертичной, вторичной и третичной структуры. Разрушение нативной структуры, сопровождающееся потерей биологической активности, называют денатурацией. С физической точки зрения денатурацию рассматривают как разупорядочение конформации полипептидной цепи без изменения первичной структуры. Денатурация олигомерного белка заключается в диссоциации на протомеры, сопровождающейся или не сопровождающейся изменением их конформации. Денатурированные белки обычно менее растворимы в воде, так как их полипептидные цепи настолько сильно переплетены между собой, что затрудняется доступ молекул растворителя к радикалам остатков аминокислот [27, 145].

Большая часть белков денатурируется при 60...80 °С. Повышенная устойчивость белков к нагреванию часто обуславливается наличием в их составе большого количества дисульфидных связей. Однако степень денатурирующего воздействия температуры на белки зависит и от их влажности, реакции и солевого состава среды и присутствия небелковых соединений [16, 146].

Факторы, вызывающие денатурацию белков, имеют особо важное значение для регулирования активности ферментов. Любые воздействия, направленные на стабилизацию вторичной и третичной структуры, приводят к повышению активности ферментов, а те, которые разрушают нативную структуру, -- к их инактивации.

Тепловая денатурация белков является одним из основных физико-химических процессов, лежащих в основе ПТО рыбы. Данный вид превращений относится к полезным, так как он ускоряет переваривание белков в желудочно-кишечном тракте человека и тем самым облегчает доступ к ним протеолитических ферментов. Это обуславливает такие потребительские свойства пищевых продуктов, как текстура, внешний вид, органолептические свойства. В связи с тем, что степень денатурации белков может быть различной, от незначительной до полного изменения расположения пептидных цепей с образованием новых ковалентных --S--S--связей, усвояемость полимеров может не только улучшаться, но и ухудшаться. Параллельно могут изменяться физико-химические свойства белков. Термическая обработка белоксодержащей пищи при 100...120 °С приводит не к денатурации, а к разрушению макромолекул белка с отщеплением функциональных групп, расщеплением пептидных связей и образованием сероводорода, аммиака, углекислого газа и ряда более сложных соединений небелковой природы. Так стерилизация рыбных продуктов при температуре выше 115 °С вызывает разрушение цистеиновых остатков с отщеплением сероводорода, диметилсульфида и цистеиновой кислоты [117].

1.3 Водоудерживающая способность мышечной ткани рыб и способы её регулирования

Рассматривая гистологическое строение мышцы, можно заметить, что вода находится в разных частях мяса в неодинаковых количествах (например, в клетках, в межклеточных пространствах, в соединительной ткани) и образует растворы соединений различной концентрации. Тот факт, что только часть воды, присутствующей в мясе в таком большом количестве, вытекает из него при применении относительно высокого давления, свидетельствует об удержании свободной воды в тканях под действием определенных сил. Обширные исследования явлений удержания воды в структуре мышц были проведены Райнером Хаммом [165].

Вода, содержащаяся в мышечной ткани рыб, неоднородна по своим физико-химическим свойствам и биологической роли и подразделяется на связанную и свободную [20, 162].

Ребиндер П. А. считает, что существует несколько классификаций форм связи воды с материалом. Различают химическую, физико-химическую и механическую формы связи воды. Химическая связь воды с материалом является наиболее прочной, так как она влияет на химическую природу веществ и нарушается с большим трудом. Физико-химическая форма связи менее прочная, она обеспечивается адсорбцией, осмосом и присутствием в структурах гелей. Полностью удалить влагу из геля практически невозможно без изменений нативных свойств вещества, с которым вода связана. Механическая связь воды наименее прочная. Этот вид влаги подразделяют на влагу, содержащуюся в микрокапиллярах диаметром менее 10^-5 см, влагу в макрокаппиллярах диаметром более 10^-5 см и влагу смачивания, находящуюся на поверхности материала. По данным Воскресенского [32, 88], в мясе трески имеется 29...32 % связанной воды по отношению к сухому веществу, что составляет 5,8...6,4 % от общего количества воды в мясе.

Молекулы воды связываются через гидрофильные группы белков: карбоксильные, аминные, карбониловые, гуанидиновые и фенольные. Сродство полярных групп белковой частички с диполем воды неодинаково, поэтому эти группы различаются по степени участия в связывании одномолекулярного слоя. Полярные группы белков сохраняют способность связывать диполи воды даже тогда, когда соседние полипептидные цепи соединяются при помощи поперечных связей между диссоциированными аминными и карбоксильными группами аминокислотных остатков.

Все силы, которые вызывают уплотнение структуры белков, вызывают переход определенного количества связанной воды в свободную воду, вытекающую из мышечной ткани рыб под действием небольших сил. Свободная вода, составляющая основной компонент клеточного сока, образуется в результате биохимических или физических процессов, вызывающих изменения в структуре белков.

Способность мышечной ткани к удерживанию собственной и добавленной воды, не только связанной дипольно, но и постоянно присутствующей в белковой капиллярной структуре мышц, Сикорский называет водоудерживающей способностью [87]. Иногда ее определяют как отношение воды, выделенной под действием внешней силы, к общему содержанию воды в пробе.

Хамм считает, что водоудерживающая способность гомогената из мышечной ткани с добавлением 60 % воды примерно на 65 % обусловлена воздействием миофибриллярных белков, только на 5 % свойствами миогена и на 30 % участием в удержании воды в структуре гомогената небелковых растворимых веществ [166].

В биологии животной клетки господствует мембранная теория, основанная на работах Пфепфера. Согласно этой теории решающую роль в массообмене играет оболочка клетки, обладающая свойствами полупроницаемости. Эту гипотезу поддержал также Тышкевич [88] в своих рассуждениях относительно биофизического механизма водоудерживающей способности. По его мнению, модель фрагмента мышцы имеет пространство, заполненное раствором и ограниченное оболочкой, проницаемой для растворителя и непроницаемой для растворенного вещества.

В процессе хранения и переработки рыбы наблюдается значительное колебание значений ВУС мышечной ткани рыб [21].

При производстве консервов предварительная обработка применяется с целью регулирования ВУС мышечной ткани. Это позволяет в значительной мере скорректировать неблагоприятные природные свойства сырья. Для разных видов рыб необходимо применять различные способы предварительной обработки, что обусловлено специфичностью биохимических свойств белков их мышечной ткани. Данные свойства определяют необходимость корректировки ВУС мышечной ткани. Удаление из рыбы излишней влаги предотвращает усиленное отделение ее в процессе стерилизации, что, в свою очередь, позволяет избежать таких дефектов консервов, как повышенный отстой в масле или изменение нормативной концентрации заливки. В то же время излишнее обезвоживание полуфабриката может привести к получению консервированного продукта с сухой и волокнистой структурой.

Для снижения значения ВУС при производстве консервов используется ПТО (обжаривание, бланширование и горячее копчение). Каждый из этих способов, наряду с понижением значения ВУС на 15 - 30 % [14, 32, 138], ухудшают качество готовых консервов из-за образования мутагенных и канцерогенных факторов, а также являются весьма энергоёмкими, сопоставимыми по своим тепловым затратам с процессом стерилизации.

В связи с этим необходимо совершенствовать способы ПТО. Так, Бурдейной был определён ряд кислот, который эффективно влиял на ВУС мышечной ткани. В ОНАХТ запатентованы способы предварительного обезвоживания рыб перед консервированием с использованием доступной пищевой добавки (Е-507) - соляной кислоты, позволяющей заменить энергозатратные обжаривание и бланширование [58].

1.4 Особенности производства пресервов

Пресервы - это слабосоленые продукты из ГБ с добавлением антисептика, укупоренные в герметичную тару. Рыбные пресервы относятся к категории скоропортящейся продукции, требующей холодильного хранения с момента изготовления [131, 143].

Традиционная технология производства пресервов. Технологический процесс производства рыбных пресервов как спецпосола, так и из разделанной рыбы состоит из следующих операций: транспортирование, приемка, хранение, мойка или размораживание, сортировка, разделка (обесшкуривание, порционирование), мойка, смешивание рыбы с посольной или пряно-соляной смесью и расфасовка в банки, осадка или подпрессовка рыбы, подготовка заливок и других компонентов рецептуры, в том числе и консервантов, их дозирование, укупоривание, мойка и протирка банок, этикетирование, укладка банок в тару и упаковка, маркирование, созревание и холодильное хранение [128, 129, 130].

Температурный режим, применяемый для хранения пресервов: - 8...+ 5 °С, не исключая последующего замораживания до температуры минус 20 °С. Продолжительность созревания пресервов достигает 30 суток [142].

Производство пресервов из филе, филе-ломтиков, филе-кусочков, рулетов из филе в мелкой упаковке с применением разнообразных вкусовых заливок является наиболее прогрессивным. К недостаткам этой технологии следует отнести прерванность и длительность технологического процесса, значительную трудо- и энергоемкость [84].

Пресервы из измельченного мяса рыбы обладают рядом достоинств: измельченное мясо рыб является материалом, которому легче, чем неразрушенной ткани, придать необходимые вкусоароматические оттенки, вследствие чего исходные свойства сырья имеют в данном случае не столь большое значение [24, 155]. Несмотря на это они не нашли широкого распространения в рыбной промышленности.

Пряности, улучшающие вкусовые свойства продуктов, издавна используют для изготовления пряной и маринованной рыбы.

В отечественной рыбной промышленности, для производства пресервов, в основном применяются такие пряности как перец, гвоздика, имбирь, корица, мускатный орех, кардамон, анис, горчица, тмин, укроп, эстрагон, лавровый лист, розмарин [21].

Натуральные пряности обычно содержат спорообразующую гнилостную микрофлору, которая может являться причиной порчи пресервов. Из способов стерилизации пряностей распространена обработка паром или нагретым воздухом, что снижает обсемененность пряностей микроорганизмами, хотя одновременно приводит к потере более 20 % ароматических веществ [150].

Имеются данные зарубежных авторов о возможности применения синтетических пряностей в рыбной промышленности. В качестве веществ имитирующих запах пряностей применяют диалилсульфид, меркаптан, диметилсульфид, уксусную кислоту, терпинеол, гераниол, леналоол и др. [4].

Биохимические основы созревания пресервов. В основе производства пресервов лежит процесс созревания, как комплекс сложных биохимических превращений мышечной ткани соленой рыбы [44]. Он зависит от активности ферментов мышечной ткани, которые играют особую роль в процессах подготовки мышечной ткани к последующему воздействию ферментов пищеварительных органов, а затем и ферментов микроорганизмов [94, 95]. Это дало возможность предложить следующую схему созревания пресервов из сырца, согласно которой весь период созревания условно разделен на три этапа.

Первый этап - предсозревание, происходящий под действием протеаз мышечной ткани, характеризуется небольшим накоплением и практически одинаковым составом небелковых фракций и зависит от протеолитической активности мышечных ферментов. На этой стадии нарушается расположение полипептидных цепей внутри белковой молекулы, что приводит к накоплению крупных полипептидных фрагментов, в чем и заключается процесс подготовки белков рыбы к последующему действию протеаз пищеварительных органов. Катепсин D играет роль пускового механизма протеолиза, способствуя выходу из лизосом катепсинов, проявляющих максимальную активность на белковых субстратах при рН мышечной ткани 7,2…7,7 [25].

Второй этап характеризуется активно идущими процессами протеолиза под суммарным воздействием протеаз мышечной ткани и комплексов кислых и щелочных протеаз внутренних органов. В этот период зафиксирован рост всех азотистых соединений, особенно триптофансодержащих. Образующиеся в начальной стадии крупные полипептидные фрагменты, а также белки, которые по той или иной причине оказались устойчивыми к действию мышечных протеаз, подвергаются разрушению до мелких пептидов и свободных аминокислот.

Третий этап характеризуется процессами, приводящими к образованию новых качественных признаков рыбы -- вкуса и аромата, что обусловлено количественным накоплением продуктов ферментативных, химических и других реакций. Особенность созревания пресервов создаёт сахар, который добавляется при посоле. Он является питательным субстратом для жизнедеятельности молочнокислых бактерий. Для микрофлоры в пресервах существуют более благоприятные условия существования, чем в других видах соленой продукции, в связи с тем, что ее состав складывается из микрофлоры рыб, соли, специй, различных заливок, соусов и маринадов.

Видовой состав микроорганизмов, присутствующих в свежеизготовленных пресервах в основном представлен споровыми аэробами и неспоровыми бактериями кокковых форм. Видовой состав и количество микроорганизмов, присутствующих в пресервах изменяется при хранении, причём при температурах 0 ...- 2 °С количество микроорганизмов уменьшается, а при температуре + 10 °С и выше число микроорганизмов возрастает по мере увеличения продолжительности хранения [155].

При холодильном хранении в пресервах остаются преимущественно микрококки, в частности Micrococcus auratiens. При повышенных температурах хранения в пресервах развиваются споровые анаэробы, в том числе такие энергичные газообразующие возбудители брожения углеводов, как C. perferingens, C. sporogenes, В. amylobacter и микроорганизмы типа кишечной палочки. В пресервах обнаружен также солелюбивый аромато-образующий вид Str. citrovorus [5].

При развитии в пресервах бактерий молочнокислого брожения в результате накопления органических кислот, в основном молочной, успешно происходит созревание пресервов. В случае угнетения деятельности молочнокислых бактерий, например, при недостатке сахара -- активизируется деятельность гнилостных бактерии и споровых анаэробов С. perferingens, вызывающих энергичное выделение газов и глубокий гидролиз белков, что ведет к порче продукта. В созревших пресервах ведущей формой становятся бактерии молочнокислого брожения [70, 73].

Повышение температуры в пресервах выше криоскопической стимулирует накопление небелкового азота в частности тирозина, кристаллы которого образуют на поверхности рыбы крупитчатый налёт. Одновременно с этим усиливается мацерация мяса, и оно приобретает мажущую консистенцию, возрастает буферность и АЛО. Например, пресервы, приготовленные из свежей неразделанной кильки, имеют буферность 60...90°, в начале периода созревания буферность увеличивается до 100...120° и при полном созревании достигает 180... 210°. При появлении признаков перезревания буферность достигает 250...270°, а при буферности свыше 280° пресервы становятся испорченными [84].

В созревшей каспийской кильке содержание небелкового азота достигает 390...410 мг %, а азота летучих оснований 30...40 мг %; в перезревших пресервах содержание их соответственно увеличивается до 560...680 и 45...50 мг % [143].

Несмотря на антагонистическое действие молочнокислых бактерий для управления биохимическими процессами при изготовлении пресервов применяют пищевые антисептики.

Пресервы из мороженых рыб, как правило, созревают значительно быстрее, чем из свежих. Хранение сырья в мороженом виде влияет на гидролитический процесс распада белков, но в конечном итоге, может существенно сократить срок хранения пресервов. Чем продолжительнее холодильное хранение, тем интенсивнее накопление небелкового азота и увеличение показателя буферности при созревании пресервов. Органолептически это проявляется в ускоренном размягчении консистенции соленой рыбы, приготовленной из мороженого сырья, вследствие чего срок хранения такой продукции, как правило, ниже [125, 126].

Более глубокий протеолиз при созревании этих рыб после предварительного холодильного хранения можно объяснить разрушением клеточных мембран в процессе замораживания и последующего размораживания и свободным выходом лизосомальных протеаз во внеклеточное пространство. В том случае, когда мышечная ткань рыбы не содержит высокоактивного комплекса ферментов, замораживание не столь заметно сказывается на протеолитических процессах при хранении пресервов [155, 162].

Использование современных методов обработки в технологии производства пресервов. Элементом актуальной ресурсосберегающей технологии является производство пресервов в виде рыбных паст, которое предусматривает использование мороженого сырья разных сроков хранения. Технологическая схема, разработанная АтлантНИРО и ТИНРО, содержит операции размораживания рыбы, разделку на тушку, мойку и получение фарша на неопрессе, смешивание с добавками (соль, сахар) и антисептиками, измельчение с целью получения тонкой структуры на куттере, упаковку и хранение при температуре 0 ...- 6 ⁰С [142].

...