автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Биотехнологический потенциал рыб внутренних водоемов

На правах рукописи

005061516

ДВОРЯНИНОВА Ольга Павловна

биотехнологический потенциал рыб внутренних водоемов: глубокая переработка и высокотехнологичные импортзамещающие

производства

05.18.04 — Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

13 ИЮН 2013

Воронеж - 2013

005061516

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежском государственном университете инженерных технологий

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Антипова Людмила Васильевна (ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»)

Официальные оппоненты: Эрлихман Владимир Паумович

доктор технических наук, профессор (ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»)

Харенко Елена Николаевна

доктор технических наук, доцент

(ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и

океанографии»)

Запорожский Алексей Александрович

доктор технических наук, доцент (ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Российский государственный

аграрный университет им. К. А. Тимирязева»,

г. Москва

Защита состоится 03 июля 2013 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.035.04 при Воронежском государственном университете инженерных технологий по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать в адрес Совета университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ВГУИТ».

Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ vak2.ed.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» http://www.vsuet.ru «29» марта 2013 г.

Автореферат разослан «30» мая 2013 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук " М. Е. Успенская

\

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях развития АПК России первоочередной для рыбохозяйственного комплекса (РХК) является позиция стабильного развития, на основе которой может быть обеспечена продовольственная безопасность страны при комплексном использовании трех составляющих: рыболовства, аквакультуры и экологии. Учитывая важность этого утверждения, все рыболовные державы признают, что в настоящее время человечеству необходимо перейти от рыболовства к выращиванию рыбы, которое является основой аквакультуры.

Анализ параметров рыбного рынка показал, что, имея богатый ресурсный потенциал прибрежных зон и внутренних водоемов, Россия практически не двигается вперед в области развития аквакультуры, и по производству продукции из пресноводных биоресурсов находиться на 78 месте. И хотя сейчас на экспорт вместо прежних 20 % идет более 40 % российской рыбопродукции, в основном это сырье или изделия с низкой степенью переработки. В то же время объем импорта рыбопродукции за 10 лет вырос втрое и составляет более одной трети потребляемых рыботоваров. Однако мировая аквакультура остается наиболее быстро развивающейся отраслью по производству продуктов питания животного происхождения, темпы роста которой опережают увеличение численности населения.

При достаточно большом объеме нормативных актов, регулирующих отношения в РХК, совокупность законодательной базы в настоящее время не в состоянии полностью регулировать все правовые отношения. Поэтому необходим профессиональный подход, который поможет исправить сложившуюся ситуацию на рыбном рынке страны.

В этой связи особую актуальность темы диссертационного исследования подчеркивает «Стратегия развития РХК РФ на период до 2020 года» (приказ Ро-срыболовства от 30.03.2009 N 246), государственная программа «Развитие РХК на 2012-2020 годы» (Москва, 2011 г.) и отраслевая программа "Разведение одомашненных видов и пород рыб (развитие сельскохозяйственного рыбоводства) в РФ на 2011 - 2013 годы" (приказ Минсельхоза России от 31 марта 2011 г. N 86), которые нашли отражение в Федеральных программах государства и получили положительные отзывы в виде реализации подпрограмм на региональных уровнях.

Проблемам организации и обеспечения выпуска качественной и безопасной рыбопродукции широкого потребительского спроса на основе аквакультур-ных биоресурсов посвятили свои многочисленные работы отечественные и зарубежные ученые: JI.C. Абрамова, JI.B. Антипова, A.M. Багров, А.К. Богерук, JI.M. Васильева, В.А. Власов, Н.В. Долганова, Г.И. Касьянов, Б.Н. Котенев, А.Н. Макоедов, Ю.П. Мамонтов, В.Г. Марковцев, О.Я. Мезенова, М.Д. Мукато-ва, С.И. Никоноров, Ю.А. Привезенцев, E.H. Харенко, М.Е. Цибизова, И.В. Яхонтова, G. Abbas, K.M. Brander, P.B. Crean, T.R. Nickerson, J.R. Stauffer и др.

На основании их исследований достигнуты значительные успехи в изучении морфогенезиса тканей и органов, ихтиологических основ разведения и выращивания наиболее известных объектов аквакультуры. При этом информация об их биотехнологическом потенциале, как объекте для промышленного производства продуктов широкого потребительского спроса, требует углубленного изучения автолитических процессов как основы для создания и развития инфраструктуры рыбоперерабатывающих производств.

В связи с этим весьма привлекательным является разработка новых технологических решений по использованию тканей рыб в пищевых системах при производстве традиционных, аналоговых, имитирующих и функциональных продуктов. Особе значение имеет организация глубокой переработки рыб внутренних водоемов с выделением источников пищевого, кормового и технического назначения, что послужит реальным путем ликвидации дефицита полноценных белков, эссенциальных макро- и микронутриентов, а также позволит гармонизировать корзину рыбопродуктов на рынке путем снижения себестоимости готовой продукции.

Решению обозначенной выше проблемы посвящена данная работа. Она отвечает поставленным руководством страны задачам и реализована в рамках госбюджетной НИР кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВГУИТ «Технологии живых систем в экологически безопасном ресурсосберегающем производстве и переработке животного сырья» (№ ГР 01.2.011.21009), атакже выполнялась в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (гос. контракт № П1715 от 23.09.2009 г.). Актуальность работы на региональном уровне подтверждают успешно реализованные в соавторстве два государственных контракта по заказу Департамента промышленности и транспорта Воронежской области (гос. контракт № 31 от 01.07.2007; гос. контракт № 20 от 16.07.2008).

Таким образом, для достижения целей и критериев, определенных Доктриной продовольственной безопасности РФ, Концепцией долгосрочного социально-экономического развития РФ на период до 2020 года и Основными направлениями деятельности Правительства Российской Федерации до 2018 года, дальнейшее развитие рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации будет основываться на активизации исследований и освоении новых видов водных биоресурсов, которые в настоящее время малоиспользуемы либо не востребованы вообще, а также становлении и росте объемов аквакультуры.

Цель исследований - научное обоснование и разработка комплекса технических и технологических решений по организации и обеспечению выпуска качественной и безопасной рыбопродукции отечественного производства на основе прудовых рыб, обеспечивающих повышение конкурентоспособности рыбных товаров и экономическую эффективность производства.

Для реализации поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. Сформировать концептуальные подходы в исследовании рыб внутренних водоемов по принципу высокотехнологичных производств.

2. Исследовать массометрические характеристики и особенности химического и фракционного составов наиболее распространенных рыб внутренних водоемов.

3. Исследовать качество и безопасность рыбного сырья и определить его биологическую и пищевую ценность; оценить особенность ароматов и разработать подходы к прогнозированию качества рыбопродуктов с использованием сенсорного анализа.

4. Исследовать закономерности изменения биохимических и физико-химических превращений при хранении и переработке прудовых рыб; разработать рекомендации по развитию функционально-технологических свойств мяса прудовых рыб в разных стадиях автолитических превращений.

5. Выделить ферментный комплекс катепсинов из мышечной ткани и исследовать его фракционный состав, биохимические свойства в интенсификации технологического цикла посола и созревания рыбосырья при производстве продуктов питания различной степени готовности.

6. Теоретически и экспериментально обосновать технологии традиционных, аналоговых, имитирующих и функциональных рыбопродуктов на принципах ресурсосбережения и импортзамещения:

7. Охарактеризовать массометрические характеристики, безопасность и биотехнологический потенциал побочных продуктов и малоценных отходов рыбоперерабатывающих производств.

8. Создать информационный банк данных о пищевой и биологической ценности прудовых рыб для разработки на их основе широкого ассортимента качественных и безопасных рыботоваров.

9. Обосновать и разработать перспективные направления применения биотехнологического потенциала побочных продуктов и малоценных отходов рыбной промышленности с применением ферментов отечественного производства.

10. Разработать техническую документацию на ассортиментную линейку рыбопродуктов и провести их опытно-производственную апробацию;

11. Практически реализовать результаты научных исследований в производственных условиях, учебном и научном процессах.

Научная концепция работы заключается в обосновании закономерностей и разработке научных основ инновационных технологий биологически безопасных рыбопродуктов с использованием современных принципов глубокой переработки рыб аквакультурного происхождения.

Научные положения, выносимые на защиту:

- принципы комплексной переработки прудовых рыб в обеспечении структуры, качества и безопасности питания;

- прогнозирование качества рыбного сырья в различные периоды автолиза на основе исследования функционально-технологических, биохимических и физико-химических свойств мышечной ткани;

- характеристика и режимы получения комплекса катепсинов из мышечной ткани рыб применительно к технологии соленых рыбопродуктов и кулинарных изделий;

- дифференциация побочных сырьевых ресурсов разделки прудовых рыб для получения на их основе продуктов пищевого и кормового назначения;

- информационный банк данных о пищевой и биологической ценности прудовых рыб для пищевых систем при производстве традиционного и оригинального ассортимента рыбопродуктов;

- научно обоснованные технологические решения по созданию инновационных рыбопродуктов на основе глубокой переработки прудовых рыб с использованием принципов ресурсосбережения и импортзамещения.

Научная новизна. В результате научных исследований проанализированы эссенциальные макро- и микронутриенты, проведена оценка пищевой и биологической ценности наиболее распространенных рыб внутренних водоемов. Определены уровни контаминантов и оценена безопасность как объектов для промышленного производства пищевых продуктов.

Установлены особенности тканевой структуры мышц прудовых рыб в процессе хранения и выявлено, что автолиз имеет характерные периоды и развивается в течение 24 ч. Дальнейшие автолитические превращения связаны с нарастанием деструктивных процессов в миофибриллярном аппарате мяса рыб, которые в конечном итоге носят необратимый характер.

Установлены закономерности изменения биохимических и физико-химических превращений при хранении и переработке прудовых рыб, и выявлено, что мясо в различных стадиях автолиза даёт характерные ФТС, что необходимо учитывать при производстве рыбопродуктов.

Обоснованы условия получения комплекса катепсинов мышечной ткани карпа и исследованы его состав и свойства. Доказано, что в выделенном ферментном комплексе присутствуют кислые и нейтральные протеиназы, использование которых в технологиях производства соленых рыбных изделий интенсифицирует процесс посола и созревания рыбосырья.

Выявлен биотехнологический потенциал прудовых рыб для создания на их основе широкого ассортиментного спектра рыбопродуктов.

Путем моделирования ингредиентного состава обоснованы новые и совершенствованы имеющиеся рецептурные композиции пищевых продуктов массового потребительского спроса с заданным соотношением эссенциальных веществ.

Разработаны биотехнологии максимального и дифференцированного использования продуктов разделки прудовых рыб в качестве основного сырья при производстве коллагеновых эмульсий и белковых гидролизатов, введение которых в составы рецептур рыбопродуктов придает им функциональную направленность за счет обогащения полноценным белком.

Практическая значимость. Морфологические, физико-химические и биохимические характеристики тканей прудовых рыб могут быть использованы при написании учебников и специальной литературы, имеющих отраслевое значение.

Сформирован информационный банк данных о химическом составе, пищевой и биологической ценности прудовых рыб. Установлены сроки их хранения при минимальных положительных температурах.

Разработаны и утверждены в установленном порядке 4 пакета технической документации на новые виды продуктов из прудовых рыб: «Пресервы из прудовой рыбы в соусах и заливках» - ТУ 9272-001-49745450-2007; «Полуфабрикаты охлажденные и замороженные из прудовой рыбы» - ТУ 9266-00249745450-2007; «Полуфабрикаты рубленые из прудовых рыб замороженные йодированные» - ТУ 9266-003-49745450-2008; Наборы для ухи замороженные -

ТУ 9261-004-49745450-2008. На новые технологические решения имеются санитарно-эпидемиологические заключения и сертификаты соответствия.

Разработанные технологии успешно апробированы и внедрены в условиях инновационного рыбоперерабатывающего предприятия ООО «Системы качества жизни» (г. Нововоронеж), продукцию которого можно увидеть на прилавках крупных магазинов и супермаркетов г. Воронежа и Воронежской области. Основные финансово-экономические показатели работы предприятия с октября 2010 г. по март 2013 г. (выручка 31691,53 тыс. р., маржинальный доход 5834,91 тыс. р.) доказали конкурентоспособность новых видов рыбопродуктов на продовольственном рынке Черноземья.

Новизна технических решений подтверждена 8 патентами РФ.

С целью методического, информационного и программного обеспечения и совершенствования основных образовательных программ (ООП) подготовки студентов, обучающихся в рамках двухуровневой системы, включая бакалавров и магистров по направлению 260200 «Продукты питания животного происхождения», результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс и используются при проведении занятий в качестве мультимедийного сопровождения лекционных курсов, а также при разработке программ дополнительного образования.

Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационное исследование соответствует п. 1, 2, 4 паспорта специальности 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств» и п. 3, 4, 5 паспорта специальности 05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и биологически активных веществ».

Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается глубокой проработкой литературных источников по теме диссертации, постановкой многочисленных экспериментов, применением современных инструментальных методов анализа, математической обработкой результатов экспериментов, публикацией основных положений диссертации.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на ежегодных отчетных научных конференциях Воронежского университета инженерных технологий; международных и всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2002); «Научные основы и практическая реализация технологий получения и применения натуральных структурообразователей» (Краснодар, 2003); «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2003); «Экстракция органических соединений ЭОС-2005» (Москва, 2005); «Биотехнология - состояние и перспективы развития» (Москва, 2007); «Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (Краснодар, 2007); «Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы» (Светлогорск, 2008); «Современные проблемы науки и образования» (Москва, 2008); «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство» (Воронеж 2008), «Биотехнология: вода и пищевые продукты» (Москва, 2008); «ЕС-Россия: сотрудничество в области биотехнологии, сельского, рыбного хозяйства и пищи» (г. Пущи-но, 2008); «Инновационные технологии и оборудование для пищевой» промыш-

ленности (приоритеты развития) (Воронеж, 2009); «Современные проблемы науки и образования» (Москва, 2009); «Аналитика России» (Краснодар, 2009); «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород, 2009); «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010); «Проблемы ноосферной безопасности и устойчивого развития» (Тамбов, 2010); «Биотехнология XXI века» (Астана, 2010); «Biotechnology and the Ecology of Big Cities. Biotechnology in Agricalture» (New York, 2011); «Актуальные проблемы науки» (Тамбов, 2011); «Современные проблемы и перспективы рыбохо-зяйственного комплекса» (Москва, 2011); «Микроорганизмы и вирусы в водных экосистемах» (Иркутск, 2011); «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве» (г. Протвино); «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» (Воронеж, 2011); «Перспективные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продуктов питания и кормов» (Москва, 2012).

Результаты научных разработок отмечены дипломами, золотыми медалями и сертификатами за участие в выставках и конференциях различного уровня.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 114 научных трудов, в том числе 3 учебных пособия (в соавторстве), 2 монографии (в соавторстве), 15 статей в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК, 3 статьи — в иностранных изданиях, тезисы 45 докладов, сделанных на съездах и конференциях России и за рубежом (2002-2012 гг.).

Структура и объем работы. Основной текст диссертации изложен на 396 е., включающих: введение, 7 глав экспериментального и аналитического материала, выводы, библиографический список из 430 наименований, в том числе 80 иностранных авторов, и приложений. Приведено 71 таблица, 159 рисунков, 28 формул.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации состоит в участии на всех этапах анализа патентно-информационного поиска по теме диссертации, в постановке и проведении основного объема экспериментальных исследований по изучению свойств прудовых рыб как перспективного сырьевого объекта при производстве рыбопродуктов, в разработке технологий оригинальных пищевых и кормовых продуктов с оценкой их качественных показателей в лабораторных и производственных условиях, в анализе и обобщении результатов исследования, их статистической и математической обработке. Автором разработана техническая документация на новые виды продуктов из прудовых рыб. При участии автора проведено апробирование и внедрение разработанных технологий в условиях инновационного рыбоперерабатывающего предприятия ООО «Системы качества жизни» (г. Нововоронеж). При участии автора проведена работа по патентованию разработок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и сформулирована сущность решаемой научной проблемы, обозначены цель и задачи исследований, их новизна, практические результаты, выделены основные положения, представляемые к защите.

Первая глава «Анализ состояния проблемы, научно-практические предпосылки создания инновационных технологий рыбопродуктов из объектов аквакультуры» посвящена обобщению мирового опыта и основных тенденции развития аквакультуры с оценкой биотехнологического потенциала рыбы и рыбопродуктов в обеспечении качественного и здорового питания.

Проведена систематизация теоретических исследований в области строения тканей, клеток и биополимеров прудовых рыб как объекте для производства продуктов широкого потребительского спроса в реальных секторах экономики.

Показана целесообразность дальнейшего изучения гистоморфологических особенностей, биополимерного состава, биохимических и структурно-механических свойств рыб внутренних водоемов для получения на их основе продуктов и полупродуктов с заданными показателями качества.

Выявлено, что в литературе отсутствует информация о биотехнологическом потенциале сырьевых ресурсов аквакультурного происхождения, их ихтиологических и массометрических характеристиках, а также свойствах лизосомных ферментов, знания о которых позволят управлять автолитическими процессами, а следовательно качеством рыбопродуктов.

Во второй главе «Объекты и методы исследования» охарактеризованы объекты и методы исследования, а также приборная база, применяемая для реализации описываемых методик. Приведена проблемно - целевая схема исследований (рис. 1).

Объектами исследования служили: живая рыба (карп, толстолобик, белый амур, сазан, щука) ГОСТ 14896-81 свободная от паразитов (рачков и гельминтов), подвижная, упитанная, без отслаивания чешуи, ссадин, не имеющая порочащих запахов (ила, нефтепродуктов); основные и побочные продукты разделки рыбы (филе, фарш, чешуя, шкура, внутренности, головы, плавники, хребтовые кости, мясокостный остаток) охлажденные или замороженные, полученные согласно технологической инструкции № 1 по разделке и мойке рыбы.

Сырье доставлялось из Павловского, Поворинского и Бобровского районов Воронежской обл. (рыбхозы ООО «Восход», ООО «Ильмень», ООО «Сухая Березовка» соответственно), выловленные в осенний период.

В работе использовались современные стандартные физические, химические, биохимические, микробиологические и органолептические методы анализа сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов, а также модифицированные и усовершенствованные методики.

Основная часть экспериментальных исследований и практических разработок выполнена в ФГБОУ ВПО ВГУИТ в научно-исследовательских лабораториях кафедр пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья, машин и аппаратов пищевых производств, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств.

Отдельные этапы исследований проводились в лабораториях «Центра гигиены и эпидемиологии в Воронежской области», областной ветеринарной лаборатории, испытательной лаборатории AHO «НТЦ «Комбикорм», центре стратегического развития научных исследований ВГУИТ, в лаборатории биохимических и клинических исследований г. Санкт - Петербурга и испытательном лабораторном центре питания РАМН (г. Москва).

Рис, 1. Проблемно-целевая схема исследований

10

Массометрические исследования и анализ химического состава исследуемых объектов в лабораторных и производственных условиях проводили в соответствии с действующей нормативной документацией: длину и массу по ГОСТ 1368-91; массовую долю влаги, жира, золы по ГОСТ Р 52421-2005; общую концентрацию белка по методу Къельдаля с предварительной минерализацией пробы; разделку по ГОСТ 17660-97, ГОСТ Р 51493-99. Аминокислотный состав сырья и готовой продукции определяли методом ионообменной хроматографии на автоматическом аминоанализаторе AAA - 881; жирнокислотный состав - методом ГЖХ по ГОСТ Р 51484-99; витаминный состав - по ГОСТ 7047-55; минеральных веществ - гравиметрическим методом после сжигания органических веществ в муфельной печи. Гистоморфологические и ультраструктурные исследования проводили по ГОСТ 19496-93 и методом трансмиссионной электронной микроскопии соответственно; переваримость белков исследуемых продуктов пищеварительными ферментами пепсин-трипсин «in vitro» - методом Покров-ского-Ертанова. Определение гликогена и актомиозинового комплекса проводили методом ВЭЖХ; pH потенциометрическим методом; содержание пирувата -колориметрическим методом по Умбрайту; глюкозы - по методу Бертрана; АТФ - модифицированным колориметрическим методом Фиске-Субарру. Протеоли-тическую активность ферментных систем определяли модифицированным методом Ансона в модификации Е. Каверзневой; активность ферментной системы внутренних органов рыб - по методике Г. Т. Некрасовой. Фракционный состав белков биуретовым методом, а фракционный состав ферментного комплекса проводили по методу Девиса и Орнстейна на установке вертикального пластинчатого электрофореза «Биоклон». Массу субъединиц белка определяли методом электрофореза в присутствии додецилсульфата натрия с помощью детергентной системы, описанной Лэмли. Оценку безвредности и биологической активности ферментного комплекса и готовых рыбных продуктов на тест-культуре Paramecium caudatum (Бузлама B.C. и др., 1997). Органолептические показатели качества готовых изделий в соответствии с ГОСТ 5897-90; массовую долю поваренной соли по ГОСТ 5698-51, потери массы при термической обработке весовым методом. Функционально-технологические свойства: влагосвязывающую способность - по методу Грау и Хамма в модификации В.П. Воловинской и Б.И. Кельман; влагоудерживающую способность - согласно рекомендациям (Антипова JI.B. и др., 2001). Для определения микроколичества йода в мясе прудовой рыбы и рыбных продуктах использовали роданидно-нитритный метод

Проскуряковой. Структурно-механические свойства пищевых систем определяли на вискозиметре Воларовича РВ-8; аромат - на анализаторе запахов с методологией «Электронный нос». Коэффициент утилитарности аминокислотного состава, избыточное содержание незаменимых аминокислот, коэффициент сопоставимой избыточности, содержание сбалансированного белка в продукте - расчетным путем по формулам H.H. Липатова; аминокислотный скор и энергетическую ценность продукта - расчетным путем. Микробиологические исследования: КМАФАнМ по ГОСТ 10444.15 - 94, ГОСТ Р ИСО 7218-08; БГКП по ГОСТ Р 52816-07; патогенные, в том числе бактерии рода Salmonella по ГОСТ 29185-91; сульфитредуцирующие клостридии по ГОСТ 29185-91; V. Parahaemolyticus по МУК 4.2.2046-06, ГОСТ Р ИСО 7218-08. Токсикологиче-

ские показатели (свинец, кадмий, мышьяк, ртуть) - по ГОСТ 30178-96, ГОСТ 26930-86, МУ 5178-90. Радиологические показатели (цезий — 137, стронций — 90) - по МУК 2.6.1.1194-03 на спектрометрической установке МКС - 01А «Мульти-рад». Объемную массу и угол естественного откоса - по ГОСТ 28254-89. Дисперсность - с помощью метода ситового анализа. Автоматизированное проектирование и расчет многокомпонентных рецептур продуктов проводили с помощью программы Generic 2.0.

Все полученные экспериментальные исследования были проведены не менее чем в трех повторностях, аналитические определения для каждой пробы - в двух-трех повторностях. В таблицах и на рисунках приведены данные типичных опытов, каждое значение является средним как минимум из трех определений.

Для математической обработки результатов исследований использованы методы регрессионного анализа с применением многофакторного планирования, градиентного метода и метода наименьших квадратов, линейного программирования.

Графические зависимости на рисунках представлены после обработки экспериментальных данных по методу наименьших квадратов, реализованные в Microsoft Excel.

Третья глава «Биотехнологический потенциал прудовых рыб» посвящена изучению массометрических характеристик, химического состава и морфолого-биохимической характеристики мяса рыб. Проведен анализ эссенци-альных макро- и микронутриентов с оценкой пищевой и биологической ценности объектов исследования.

Исследования показали, что, не смотря на достаточную известность, мас-сометрические характеристики прудовых рыб, определяются видом и способом разделки. Показано (табл. 1), что во всех случаях наибольший массовый выход имеет мышечная ткань (бескостное мясо) независимо от вида рыбы и составляет от 36,6 % до 50 %, что доказывает перспективность данного продукта разделки в технологиях продуктов широкого потребительского спроса.

Таблица 1

Наименование рыбы Мясо Голова Костный остаток Внутренности Кожа Плавники Чешуя Плавательный пузырь

Карп 38,0 24,2 13,9 7,5 4,8 5,2 5,8 0,6

Сазан 37,9 24,4 13,8 8,2 5,2 5,3 4,6 0,6

Толстолобик 36,6 24,3 14,7 9,3 5,1 5,8 3,6 0,6

Белый амур 40,3 20,6 13,6 9,9 6,0 4,7 4,3 0,6

Щука 50,0 18,5 8,5 7,0 5,4 6,3 3,8 0,5

При анализе общего химического состава мяса прудовых рыб выявлено, что рыбы различаются прежде всего по массовой доле жира (1,1-7,4 %) при близких

значениях содержания белка (16-19,5 %) (табл. 2).

Таблица 2

_Сравнительный химический состав мяса рыб, %_

Вид рыбы Массовая доля, % Энергетическая ценность, кД ж/100 г

Карп 77,4 5,3 1,3 16,0 504,9

Толстолобик 74,0 7,4 1,7 19,5 654,1

Сазан 78,0 2,7 1,1 18,2 437,8

Белый амур 73,8 6,0 1,5 18,7 582,2

Щука 79,3 1,1 1,2 18,4 380,5

Особое внимание привлекает высокая массовая доля белков, общий дефицит и функциональность которых в пищевых системах известны в мировых масштабах.

Следующий этап диссертационной работы состоял в оценке биотехнологического потенциала прудовых рыб местного значения, как реального источника в покрытии физиологических потребностей человека.

Результаты исследований витаминно-минерального состава (табл. 3, 4) мяса рыб и аминокислотного состава белков (табл. 5) определили высокую пищевую и биологическую ценность (рис. 2) и перспективность, как альтернативного сырьевого источника для производства разнообразного ассортимента рыбных продуктов невысокой стоимости, которые способны значительно улучшить качество и структуру питания всех социальных слоев населения.

Таблица 3

Содержание витаминов в мышечной ткани рыб_

Наименование Содержание витаминов, мг/100 г

А Е С РР в6 В ,2 в2 В, В, В3

Карп 0,021 0,477 1,500 2,500 0,168 1,489 - 0,143 0,009 0,207

Толстолобик 0,611 0,349 1,757 1,503 0,108 1,434 0,308 0,102 0.009 0,201

Сазан 0,010 0,500 1,500 2,800 - - 0,120 0,130 - -

Белый амур 0,040 0,480 1,800 1,535 0,254 1,382 0,170 0,140 0,010 0,256

Щука 0,010 0,700 1,600 3,500 0,200 - 0,140 0,110 0,009 -

Суточная потребность 1,500 12,000 70,000 15,000 0,170 1,490 0,130 0,140 0,930 0,210

Содержание таких витаминов, как ретинол (витамин А), токоферол (витамин Е), рибофлавин (витамин В2) подтверждает высокую пищевую ценность рыб. Преобладает содержание витаминов группы В.

Таблица 4

Минеральные вещества Карп Толстолобик Сазан Белый амур Щука Суточная потребность

Кальций 35,00 29,00 35,00 41,000 40,000 800-1200

Магний 25,00 20,00 25,00 28,000 35,000 300-500

Калий 265,00 270,00 280,00 276,000 260,000 1500-3500

Фосфор 210,00 210,00 220,00 215,000 210,000 1000-1500

Сера 180,00 185,00 185,00 180,000 210,000 1,0

Железо 0,800 0,50 0,60 0,700 0,700 15,0

Цинк 2,080 2,07 2,10 0,700 1,000 10-15

Фтор 0,030 0,04 0,43 0,430 0,030 1,5-2

Хром 0,060 0,05 0,06 0,005 0,060 0,1-0,2

Кобальт 0,040 - - - 0,020 0,01-0,015

Никель 0,010 - 0,01 0,001 0,010 0,1-0,3

Иод 0,050 - - - 0,050 0,1-0,2

Марганец 0,150 - - - 0,050 2,0

Медь 0,130 - - - 0,110 2-3

Молибден 0,004 - 0,004 0,004 0,004 0,05

Натрий - - 55,00 - 40,000 4000-6000

Хлор - - 165,00 165,000 60,000 800

Из данных табл. 4 видно, что мышечная ткань рыб содержит все необходимые организму человека минеральные вещества и особенно богата кальцием

(35-41 мг/100 г), фосфором (210-220 мг/100 г), йодом (50-54 мкг/100 г) и железом (0,5-0,8 мг/100 г). Из данных табл. 4 видно, что, мышечная ткань рыб внутренних водоемов богата такими минеральными веществами, как калий (260-280 мг/100 г), кальций (29-41 мг/100 г), сера (180-210 мг/100 г), фосфор (210-220 мг/100 г). Установлено, что в исследуемых образцах мяса прудовых рыб незаменимых аминокислот содержится 26 % от суточной потребности человека (табл. 5). Поэтому рыбные продукты можно считать приближенными к функциональным.

Таблица 5

Аминокислотный состав белков мяса рыб_

Показатель Содержание, г на 100 г продукта

Карп Толстолобик Сазан Белый амур Щука

Общая сумма идентифицированных АК, в том числе: 17,2 16,9 15,2 15,4 18,4

незаменимых 7,6 6,8 6,9 6,6 7,4

заменимых 9,6 10,1 8,3 8,8 11,0

Суточная потребность в незаменимых АК, г 21-31

Сравнивая разные виды мышечной ткани рыб, можно отметить, что наиболее сбалансированы белки белого амура, сазана и толстолобика, примерно равноценны белки карпа и щуки. В целом представленные данные подтверждают, что идеального соотношения аминокислот в мышечной ткани прудовых рыб нет, но они по полноценности не уступают белкам мяса теплокровных животных (коэффициент утилитарности для говядины равен 0,74, показатель сопоставимой избыточности - 15,1 %) и вполне могут улучшать сбалансированность рациона, являясь важным дополнительным источником лейцина, валина, треонина и фенилаланина (рис. 2). Одним из важных показателей качества пищевого продукта является степень расщепления его компонентов, в частности белков, пищеварительными ферментами (рис. 3). Оценку степени атакуемости белков мяса рыб системой пепсин-трипсин проводили in vitro с уровнем общей протеолитической активности ферментов 30 и 240 ед./г соответственно. Экспериментальные данные свидетельствуют о высокой доступности и степени деструкции белков ферментами желудочно-кишечного тракта человека, что составляет для толстолобика 92 % и карпа 94 %. Таким образом, основываясь на особенностях переваривания мяса теплокровных животных, можно утверждать, что мясо рыбы переваривается значительно быстрее, но меньше насыщает организм, что обусловлено физико-химическими особенностями белков рыбы, строением и составом ее тканей.

Карп

Толстолобик

D СКОРтіо, %

Сазан Белый амур

■ КРАС.»/» OhU W

Щука

Рис. 2. Показатели биологической ценности мяса прудовых рыб (в % к сухому веществу)

2 3 4 5

Продолжительность воздействия, ч

■ Толстолобик ■

•Карп -

" Белый амур ■

-Щука-

Рис.З. Сравнительная переваримость мышечной ткани рыб системой пищеварительных ферментов «пепсин - трипсин» (in vitro)

Так, белки соединительной ткани рыбы составляют всего лишь около 3 %, в то время как в мясе животных содержание их доходит до 20 % общего количества белков. Вторым компонентом, преобладающим количественно в составе мяса рыб, является жир, представленный в основном триглицеридами. Жирнокислотный состав исследуемых объектов пресноводной аквакультуры

отличается высоким содержанием мононенасыщенных, насыщенных и полиненасыщенных жирных кислот. Рассчитанный КЭМ составил: для филе карпа - 0,34; для филе толстолобика - 0,19 (при норме 3-4 единицы). При этом, как положительный факт, следует отметить наличие в филе карпа и толстолобика незаменимых факторов питания а - линоленовая (со-3), у - линоленовая (со-6), а также других ПНЖК. Оптимальным соотношением ПНЖК ш-6:со-3 является 4:1, для морских рыб характерно 3:2. Согласно исследований жирнокислотного состава филе карпа и толстолобика соотношение ш-6:со-3 составляет 4:1 - карп и 2:1- толстолобик, т.е. приближено к оптимальному. Это дает основание полагать, что жиры прудовых рыб можно также использовать как источники ПНЖК наряду с жирами морских рыб.

Методами сенсорного анализа установлены особенности состава суммарных ароматов рыбопродуктов. Ранняя идентификация триметиламина (ТМА), регистрируемая сенсограммами (рис. 4), может служить инструментом прогнозирования качества продуктов по изменению его содержания в паровой фазе над рыбой. Полученная зависимость описывается экспоненциальным уравнением вида:

С=а (b-exp (-dt)), Отсюда время хранения:

t = (lg c/ab)/d Коэффициент корреляции 1=0,990.

где С - концентрация, млн"1; а, Ь, d — коэффициенты, зависящие от химической природы рыбы, а —6,737, Ь = 0,159, <1 = 0,075.

■ пьезосенсором

■ методом газовой хроматографии

12 18 24 30 36 42 48 Время, ч

Рис. 4. Взаимосвязь содержания ТМА и времени хранения прудовой рыбы с момента улова (свежесть)

При необходимости расчета времени хранения, следует знать химическую природу объекта исследования и концентрацию триметиламина, по значению которой можно судить о степени порчи исследуемого образца. Для получения обобщенной оценки запаха анализируемых прудовых рыб следует использовать мультисенсорную установку «Электронный нос».

В четвертой главе «Биохимические и физико-химические превращения при хранении и переработке прудовых рыб» рассматриваются закономерности ферментативных процессов, происходящих в мясе рыбы на различных стадиях автолитических изменений.

Известно, что автолиз тесно связан с белковыми системами рыб, про которые известно не много. Но классические представления имеются. А также установлены особенности, которые можно констатировать.

Как видно на графике (рис. 5), распад мышечного гликогена наблюдается уже в первые часы хранения. Минимальное его содержание приходится на 24 ч хранения. Это связано с тем, что в мышцах уснувшей рыбы, в отличие от живой, вследствие прекращения доступа кислорода, регулирования обмена веществ и энергии в тканях, обратимые жизненные процессы становятся не обратимыми, при этом распад клеточных веществ превалирует над синтезом. При этом процесс идет преимущественно в направлении авто-литического распада энергетических веществ: АТФ, креатин фосфата и гликогена, что и объясняет характер кривых.

О протекании сложных биохимических процессов возможно судить по изменению углеводной системы, в частности, по образованию глюкозы и пирувата (рис. 6, 7).

На рисунках видно, что содержание глюкозы и пирувата для всех видов рыб увеличивается в процессе хранения.

Наибольшее увеличение глюкозы происходит в первые часы хранения (от 0 до 5 ч), что свидетельствует об активном распаде гликогена по пути гликогенолиза. Максимум накопления приходится на 12 ч хранения для всех видов рыб.

На первой стадии автолиза важное значение имеет уровень содержания в мясе АТФ (рис. 8). Распад АТФ до АДФ и АМФ приводит к усилению кислой среды в мясе рыб. Как видно на графике, распад АТФ происходит уже в первые часы хранения. Минимальное её содержание приходится на 24 ч хранения.

—о-Карп —о-Белый амур —Л— Сазан

О Толстолобик —■-Щука

Рис. 5.Динамика содержания гликогена

—о Карп —о-Белый амур -и— Сазан

-0—Толстолобик —■-Щука

Рис. 6. Динамика содержания глюкозы

Изменения в углеводной и ферментной системах приводит к образованию актомиозинового комплекса. Закономерности изменения содержания актомиозинового комплекса в зависимости от времени хранения показаны на рис. 9.

Окоченение мышечной ткани, наблюдающееся уже в первые часы хранения, обусловлено образованием из белков актина и миозина нерастворимого комплекса. Наивысший подъем графиков на рисунке развивается в первые 3-5 ч. Полное окоченение наступает за 8 ч хранения. Затем по мере увеличения концентрации молочной кислоты и коагуляции белков происходит распад актомиозинового комплекса. Распад этого комплекса начинается после 8 ч хранения, т. е. снимается явление окоченения и жесткости мяса, наступает мышечное разрешение и затем созревание — глубокий автолиз.

С целью выявления мак-

- Карл -в-Толстолобик

-Сатан —■—Щука

Рис. 7. Динамика изменения содержания пирувата

симального накопления актомиозинового комплекса была разработана математическая модель, описывающая динамику изменения содержания ак-

—О— Карп —Р— Толстолобик —д— Бел! -и—- Сазан —■— Щука

Рис. 9. Динамика изменения содержания актомиозинового комплекса

"я 2.35

2,15

г

й 1,95

1,75

(О

§ 1.55

О. 1.35

1,15

О

и

о— Карп —□— Белый амур —А— Си О— Толстолобик —я-Щука

Рис. 8. Изменение содержания АТФ

томиозинового комплекса в процессе хранения (рис. 10).

Критерием было выбрано накопление содержания актомиозинового комплекса в процессе хранения. Моделирование проводили с использование среды программирования МаШСас! 12. Матрица планирования представлена в виде массива данных (продолжительность хранения, накопление актомиозинового комплекса).

■ Карп

■ Белый амур

- Толтолобик ■ Сазан

Рис. 10. Накопление актомиозинового комплекса

У :=

х :=[3, 5, 8, 12, 24]; =[1.765, 1.894, 1.952, 1.842, 1.732]; у=а*хл2+Ь*х + с, {а, Ь, с}; у:=х->-.9033333333е-2*хл2+.1367666667*х+1.436000000;

Итогом моделирования является описание процесса накопления актомио-зинового комплекса уравнением вида:

для карпа: у: = -»• - 0.009033333333 х2 0.1367666667 х + 1.43600000; для толстолобика: у: = - 0.04353333333 х2 0.5752666667 х + 0.3870000000; для белого амура: у: = - 0.02406666667 х2 0.3875333333 х + 0.7960000000; для сазана: у: = - 0.01340000000 х2 0.1952000000 х + 1.208000000.

Максимальное накопление актомиозинового комплекса приходится на 8 ч хранения для белого амура.

На основе классических представлений о биохимических изменениях мяса наземных животных, можно констатировать, что закономерности в изменении белковых и углеводных составляющих мяса рыб носят аналогичный характер, но главным отличием является временной интервал, который, как показали наши исследования, в отличие от наземных животных имеет сокращенные сроки. Что в свою очередь приводит к изменению ФТС мяса рыб, которые являются основой разработки ассортиментных групп продуктов с учетом стадий автолиза в мясе. Графическая зависимость функционально-технологических свойств мышечной ткани прудовых рыб (на примере карпа) от времени хранения при температуре 4-6 °С представлена на рис. 11.

На диаграмме видно, что ФТС в промежутке от 0 до 8 ч хранения уменьшаются, а в промежутке 8-24 ч — увеличиваются, что абсолютно совпадает с теорией автолиза, так как в период от 0 до 8 ч начинается мышечное окоченение, пиком которого является 8 часов хранения. Именно в этот период мышечная ткань обладает минимальными функционально-технологическими свойствами. Данная зависимость характерна для всех исследуемых видов рыб.

Биохимические исследования, которые

п 12 ч о 24 ч

Рис. 11. ФТС мышечной ткани карпа в процессе хранения

согласуются с микроструктурными (на примере мяса карпа и толстолобика), проводили с помощью инструментальных методов.

Установлено, что уже через 4 ч хранения в структуре мышечных волокон наблюдались поперечные разрывы, участки между ними увеличивались выявлялись зоны слабого восприятия красителей, участки с характерными «узлами сокращений» (рис. 12, а, б). Следует отметить, что указанные изменения в мышечной ткани карпа (рис. 12, а) после 4 ч хранения менее выражены по сравнению с мышечной тканью толстолобика (рис. 12, б).

Дальнейшее развитие (через 8 ч) автолитических превращений в большей мере затрагивает миофибриллярный аппарат, что демонстрируют зоны «разря-женности» в мышечных волокнах, разрушение соединительно-тканных структур оболочек мышечных волокон.

| 6) Толстолобик

Рис. 12. Микроструктура мышечной ткани рыб I после 4 ч хранения при температуре 0-4 "С. Окр.

Гемотоксилин-эозином. Ув. ок. 10х, об. 40х: 1 - участки «узла сокращений»; 2 — расширение пространства между мышечными волокнами; 3 - поперечные разрывы мышечных волокон

Как и в предыдущем случае изменения более выражены в мышечной ткани толстолобика (рис. 13, б) так как спустя 8 ч в мышечной ткани (рис. 13, а) карпа еще различимы участки «узлов сокращения», в то время как зоны «разряженности» красителей практически единичны.

Анализ микроструктуры мышечной ткани рыб спустя 12 ч хранения как у толстолобика, так и у карпа выявляет существенное разрушение миофибриллярного аппарата и эндомизия. Микрофотографии (рис. 14, а,б) демонстрируют деструкцию мышечных волокон, ядерных элементов и повышение гомогенности ткани.

Через сутки (24 ч) хранения вследствие повышения влагосвязывающей и влагоудер-живающей способности, мышечных ткань представляет гомогенную массу с плотно уложенными волокнистыми структурами миофибриллярных и соединительнотканных элементов (рис. 15 а,б). Выявленную структуру кроме того, возможно обусловливают и процессы ретракции влаги из мышечной тка-Рис. 14. Микроструктура мышечной ни, что и проявляется уплотнением структу-ткаии рыб после 12 ч хранения при тем- ры мышечной ткани. Существенным является пературе 0-4°С. Окр Гемотоксилин- и то, что подобные изменения формируются к эозином. Ув ок. 10х, об.40* 1 - разруше- этому времени и в мясе карпа, и в мясе тол-ние миофибриллярного аппарата СТОЛобика

б) Толстолобик Рис. 13. Микроструктура мышечной ткани рыб после 8 ч хранения при температуре 0-4°С. Окр. Гемотоксилин-эозином. Ув. ок. 10х, об. 40х: 1 - остатки «узлов сокращения»; 2 - разрушение соединительнотканной оболочки мышечных волокон, 3- неравномерность восприятия красителей

а) Карп

Таким образом, результаты исследования микроструктуры подтверждают и дополняют выявленные биохимические изменения в мышечной ткани прудовых рыб (толстолобика и карпа). Особенностью мышечной ткани карпа является более низкая скорость автолитических превращений на ранних стадиях автолиза — до 12 ч после хранения, по сравнению с толстолобиком.

Полученные теоретические данные позволили создать систему рекомендаций по ассортиментным группам продуктов, исходя из начальных свойств сырья (рис. 16).

Весьма полезно исследовать протеолитические ферменты рыб в аспекте развития автолитических превращений, которые изучены недостаточно.

Выделение комплекса катепсинов из мышечной ткани исследуемых видов рыб проводили на примере карпа. Для выделения ферментного комплекса использовали схему: получение гомогената, фракционирование (М14)280<|, гель-фильтрация на колонке Сефадекс 0-25, ионно-обменная хроматография, гель-фильтрация на колонке с Сефадексом О-150. По результатам электрофореграммы в ферментном комплексе

было идентифици-

б) Толстолобик Рис. 15. Микроструктура мышечной ткани рыб после 24 ч хранения при температуре 0-4°С. Окр. Гемотоксилин-эозином. Ув. ок. 10х, об. 40х: 1 - уплотнение структуры мышечной ткани

Выделение

СЛИЗИ

Мясо рыб

Бактериальная порча

I Посмертное окоченение |

0-8 ч

Мясо рыб постепенно теряет эластичность и становится жестким. Обладает минимальными ФТС

Мышечное разрешение

Снимается явление жесткости (окоченения) мяса

ьі

V

Соленые рыбопродукты, пресервы

Ранняя стадия

Созревание

Поздняя

стадия

Высокий уровень активности тканевых ферментов - нежная и сочная консистенция

Ж

24-48 ч

Накопление низкомолекулярных продуктов гидролиза - автолити-ческий распад тканей и органов рыбы

Охлажденные и замороженные полуфабрикаты

Кулинарные изделия

Кормовая мука

1

Карма химического консервирования

Рис. 16. Рекомендации по использованию прудовых рыб в разных стадиях автолиза

ровано пять фракций, молекулярная масса которых находится в пределах от 35 до 95 кДа, одна из которых (2) количественно преобладает по сравнению с остальными фракциями и лежит в пределах 45-66,2 кДа, что весьма близко к кислым и

нейтральным про-теиназам с известными характеристиками (рис. 17).

Исследование влияния pH на активность исследуемого ферментного комплекса проводили в диапазоне от 3,0 до 7,0. Стоит отметить, что рабочей областью pH для ферментного комплекса следует считать интервал от 4,5 до 6,5. Отметим, что при выделении комплекса катепсинов и освобождении от балластных веществ, в том числе белков, на каждой стадии очистки наблюдали повышение удельной активности ферментного комплекса (на грамм белка), при этом степень очистки на последней стадии составила 21. Как показано на рис. 18, максимум протеолитической активности (134 ед./г) он достигает при pH 5.

¥ ' î Protein bends (molecular weight, Ша):

lie

116,0 -Cellulase;

66,2 - BSA (Bovine Serum Albumin); 45,0 - Ovalbumin; 35,0 - Carbonic anhydrase; 25,0 - Trypsin inhibitor; 18,2 - Lysozime.

Protein (molecular weight, kDa): Catepsins

Рис. 17. Электрофореграмма белков ферментного комплекса

Рис. 18 Протеолитическая активность ферментного комплекса

Так как эффективность ферментных процессов тесно связана с физико-химической характеристикой ферментов и, прежде всего, с оценкой условий их активности и стабильности, наши предположения были доказаны исследованием влияния рН и температуры на ферментативную активность катепсинов рыб, проведенные на субстратах водорастворимых и солерастворимых белков, являющихся основой пищевых систем.

В ходе экспериментальных исследований установлено, что исследуемый комплекс, проявлял максимальную активность в диапазоне температур (40-75 °С) (рис. 19). При температуре более 75 °С фермент инактивирует полностью. Исследование влияния рН на активность ферментного комплекса проводили в диапазоне от 2,0 до 11. Установлено, что рабочей областью рН для ферментного комплекса следует считать интервал от 5,0 до 7,5 (рис. 20), т. е. исследуемый комплекс проявляет максимальную активность в кислой и слабокислой зоне, что совпадает с рН тузлука при традиционном посоле рыбы.

Температура, °С - Соле растворимые белки

--*--Водорастворимые белки

Рис. 19. Влияние температуры на активность ферментного комплекса на разных субстратах

- Солсрастворимые белки

- Водорастворимые белки

Рис. 20. Влияние рН на активность фермента на разных субстратах

Доказано, что ферментный комплекс проявляет наибольшее сродство к сывороточному альбумину, водорастворимой и солерастворимой фракции белков мяса, что подтверждает активность и роль исследуемого комплекса в процессах автолитических превращений на этапах деградации мышечных белков тканей рыб.

Полученные данные о субстратной специфичности выделенного комплекса позволяют обосновать дальнейшие направления его использования.

В пятой главе «Обоснование условий, параметров и режимов промышленного производства рыбопродуктов широкого потребительского спроса» описаны направления и частные технологии использования основного и вторичного рыбного сырья при производстве традиционных, аналоговых, имитирующих и функциональных продуктов.

Сложность промышленного выпуска рыбных фаршей из прудовой рыбы по традиционной технологии заключается в присутствии в ней большого количества тонких «мускульных» или «туловищных» костей, что диктует необходимость разработки новых современных технологий получения фарша с заданным уровнем качества.

В связи с этим, в целях рационального использования различных видов прудовых рыб разработана и запатентована перспективная технология производства фарша из прудовой рыбы (патент РФ 2385653) для производства различных формованных полуфабрикатов и готовых кулинарных изделий, которая предусматривает получение фарша на неопрессе механической обвалки УНИКОН-400.

Химический состав фаршей, полученных из различных видов рыб, представлен в табл. 6.

Таблица 6

Вид фарша Массовая доля, %

влаги жира белка золы

Из карпа 72,1 5,2 15,9 1,3

Из толстолобика 74,6 7,3 19,3 1,6

Из щуки 75,2 1,1 18,1 1,2

Из сазана 79,8 0,5 16,0 1,3

Из белого амура 73,4 7,5 19,1

Как видно из данных табл. 6 химический состав рыбных фаршей, характеризуется достаточно высоким содержанием белков (15,9-19,3 %), жиров, минеральных веществ и воды, что обуславливает питательную ценность готовых фаршевых рыбопродуктов. Следует заметить, что химический состав не постоянен, он зависит не только от вида рыбы и её физиологического состояния, но и от её возраста, пола, места обитания, времени лова и условий окружающей среды. Всё это так же влияет на питательную, биологическую и энергетическую ценность готового продукта.

а) Фарш, полученный на прессе. Окр. Гемотоксилин-эозином.Ув. 200*

б) Фарш, полученный на волчке. Окр. Гемотокси-лин-эозином. Ув. 400":

Отличительной особенностью рыбного фарша, полученного на прессе механической дообвалки, является полное отсутствие костных включений, по сравнению с фаршем, измельченным на волчке, что подтверждается морфологической характеристикой (рис. 21). Установлено, что для получения рыбного фарша, обладающего хорошими реологическими и функционально-технологическими свойствами необходимо использовать рыбу с температурой в толще мышц (0±1) °С, что исключает процесс перегрева рыбного сырья в процессе прессования.

Влияние полученного ферментного комплекса (катепсинов) на скорость созревания рыбы было исследовано при внесении его при традиционном посоле.

На рис. 22 видно, что время созревания рыбы при внесении ферментного комплекса (катепсинов) уменьшается. При традиционном посоле рыба просаливается на шестые сутки, а при добавлении ферментного комплекса достигаются такие же показатели уже на вторые сутки.

Рис. 21. Микроструктура рыбного фарша: 1 - костные включения; 2 - мышечная ткань

1, сут

-С катепсинами

- Без катепсинов

-С катепсинами

- Без катепсинов

сут

- С катепсинами —°-Без катепсинов

- С катепсинами

- Без катепсинов

Рис. 22. Созревание прудовой рыбы (карпа) при посоле традиционным способом и с добавлением ферментного комплекса (катепсинов) Добавление комплекса катепсинов в количестве 0,07 г на 1 кг сырья сокращает временные и энергетические затраты в 3 раза (1=0-4 °С, р=1,05 г/см3, т = 2 сут).

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о целесообразности применения для сокращения посола рыбного сырья аналогичных по механизму действия катепсинам ферментные препараты - Протепсин, Панкреатин, распространяемые на отечественном рынке, а также ферменты, выделенные из внутренностей рыб.

Разработаны сбалансированные по аминокислотному составу рыбные продукты на примере модификации рецептур пресервов из прудовой рыбы в масле с овощами и раковыми шейками. Функция желательности составила 0,85, что говорит о высокой полноценности пресервов за счет баланса основных эссенциальных нутриентов.

Процесс производства пресервов осуществляют согласно схеме, изображенной на рис. 23.

Исследование на биологическую безопасность и биологическую активность

,---, полученного про____1 Прием сырья Ц__

Прудовая рыба

охлажденная мороженая

(t=0±l °С) (t=-18 °С)

Рак пресноводный

мороженый

(t=-18 °С)

живо и

(1=+5 °С)

-+С

Ферментный комплекс катепсинов 0,07 г на 1 кг

Размораживание на воздухе (ї,оЗД=15-18 °С)

і

Мойка (t,=10-15 °С) і

Стекание влаги (т= 20 мин)

J Разделка t,03fl=l0-12 °С | Побочные продукты

| Филе рыбы без шкуры | | Раковые шейки |-

Подготовка маринада

Посол

(t=4-6 °С, р = 1,18 г/см3, т = 2 сут) і —

Варка (t = 100 "С. т = 5-7 мин)

Подготовка банок

Подача консервирующей смеси

Промывка и стекание влаги (tB=l 0 °С, т= 20 мин)

Порционирование (ЬфНЛ

а = не более 20 мм)

Фасование (гПрыСной-і

- 65 %)

Внесение заливки (шзал і

н - 35 %)

Приготовление заливки

Укупоривание банок (mw,

I

я — 35 %)

Мойка и сушка банок

Этикетирование

Созревание (£=0-5 °С, т = 7 сут) I Хранение, реализация (1=0 - минус 8 °С, т = 60 сут 1

Рис. 23. Технологическая схема производства пресервов из объектов пресноводной аквакультуры

Мойка крышек (t.= 12°C)

дукта бьшо проведено с помощью экспресс-биотеста на одноклеточной культуре Paramecium caudatum. В результате установили, что культура Paramecium candatum проявляет жизнеспособность, этим доказывается, что продукт безопасен.

С целью расширения возможностей использования и разработки рекомендаций по применению соленых продуктов анализировали их органолептиче-ские и физико-химические характеристики. Соответствующие результаты приведены на рис. 24.

Из данных табл. 7, видно, что физико-химические по-

казатели рыбных пресервов совпадают с нормами, прописанными в технической документации.

Таблица 7

Физико-химические показатели готовой продукции_

Наименование показателя Норма для пресервов Пресервы «Карп в масле с овощами и раковыми шейками»

Массовая доля белка, %, Не менее 12 16,5

Массовая доля поваренной соли, % 4,0-6,0 5,6

Массовая доля бензойнокислого натрия, % 0,1-0,15 0,1

Массовая доля заливки, % 31,5 30

Кислотность в пересчете на уксусную кислоту 0,2-1,2 0,5

Цве-

внешний вид Совокупность характеристик при уме-

ренной себестоимости (36 р. за 1 банку массой 200 г) предполагают высокий консистенцияспрос, а следовательно, обеспечение населения высокоценным белком. Разработанная техническая документация принята к производству (ТУ 9272-00149745450-2008 «Пресервы из прудовой рыбы в соусах и заливках»). Технология может быть использована повсеместно, а выпускаемая продукция улучшит структуру питания населения.

Для выбора рационального способа получения фарша типа «сурими» из мяса прудовых рыб были использованы разные способы разделывания и отбеливания с установлением его выхода и коэффициента расхода сырья (табл. 8).

Выход отбеленного фарша типа «сурими» зависит как от вида объекта, так и от способов разделывания и отбеливания. Наибольшие выходы (28,0 % и 26,76 %) отбеленного фарша типа «сурими» установлены из толстолобика и карпа охлажденных при коэффициенте расхода сырья 3,74 % и 3,57 % соответственно (табл. 8).

Таблица 8

Выход фарша «сурими» и коэффициент расхода сырья

—®— Карп в мае по с овощами

Рис. 24. Органолептическая оценка пресервов

Объект исследования (охлажденный) Способ разделывания Способ отбеливания Выход % отбеленного фарша (сурими) / коэффициент расхода сырья

I II 1 II I II

Карп На филе с последующим измельчением на фарш На пласт без головы с бланшированием и измельчением на фарш Двукратная промывка фарша с отжимом после каждой из промывок Двукратная промывка бланшированного пласта с отжимом после каждой из промывок 26,76/3,74 23,0/4,35

Толстолобик 28,0/3,57 20,0/5,0

Белый амур 18,22/5,5 16,6/6,02

Щука 25,46/3,89 19,5/6,48

Из результатов определения ФТС фаршей из мяса прудовых рыб (табл. 9) видно, что ВСС мяса рыб колеблется от 69,50 % до 74,26 % к общей влаге. Мясо толстолобика отличается более высоким уровнем ВСС по сравнению с мясом карпа и белого амура. У фаршей на основе мяса исследуемых рыб достаточно высо-

кое значение ВУС (69,32 - 74,15 %) и ЖУС (48,18 - 55,34 %), что говорит о хорошем выходе готовой продукции. Мясо толстолобика обладает одновременно хорошими свойствами ВУС и ЖУС по сравнению с карпом и белым амуром. Значения ЭС и СЭ мяса рыб незначительно отличается друг от друга.

В процессе двукратной промывки при одной и той же частоте (400 мин"1) ВУС увеличивается на 1,0-5,0 %, после второй промывки значительно снижается: до 47,7 % для фарша из карпа, на 11,5 % - для фарша из толстолобика, 22,8 % — для фарша из белого амура и 21 % - для фарша из щуки. В связи с этим вторая промывка была осуществлена при частоте 250 мин"1, что позволило получить фарш с ВУС - 71,2-76,4 %.

Таблица 9

Функционально-технологические свойства фаршей из мяса прудовых рыб

Объект исследования ВСС** ВУС ЖУС Эмульгирующая способность (ЭС) Стабильность эмульсии (СЭ)

Фарш из карпа 69,50=Н,74* 68,32± 2,45 48,18± 2,67 16,25± 1,05 21,98± 0,35

Фарш из толстолобика 74,26±2,01 * 74,15± 2,51 55,34± 1,56 15,05± 0,78 25,10± 0,81

Фарш из белого амура 70,19 ± 1,98 69,85± 2,12 50,13± 2,47 14,36± 0,50 22,08± 0,13

Фарш из щуки 72,56±2,01* 72,45± 2,51 55,34± 1,56 !4,85± 0,78 24,9)± 0,81

*Р < 0,05 по отношению к белому амуру; **- ВСС рассчитана к общей влаге

Консистенция промытого рыбного фарша в значительной степени зависит от содержания воды в конечном продукте. Выявлено, что удаление избытка воды в большей степени ухудшает его консистенцию.

Были исследованы органолептические и физико-химические показатели качества фаршей типа «сурими». Установлено, что по всем органолептическим показателям качество фаршей типа «сурими» из исследуемых объектов соответствует требованиям, предъявляемым к ним. Водоудерживающая способность для всех видов фаршей составила более 70 %, что соответствует требованиям стандарта на промытый фарш. Фарши типа «сурими» из толстолобика, карпа, белого амура и щуки были исследованы по санитарно-гигиеническим показателям. Содержание в фаршах типа «сурими» токсичных элементов, радионуклидов и пестицидов находится на заданном уровне.

После обработки опытных данных строили графики зависимости частоты вращения ротора (N1) и эффективной вязкости (т]) от массы заставляющих вращаться ротор грузов (ш) (рис. 25, 26).

На рис. 25 и 26 видно, что при увеличении эффективной вязкости, увеличивается масса грузов, заставляющих вращаться ротор, что приводит к возрастанию частоты вращения ротора. Графики приведены в сравнении с данными для фарша «сурими» из мяса минтая, являющегося основным компонентом фарша «сурими», используемого в традиционной технологии. Такое сравнение необходимо для оценки способности фарша «сурими» из толстолобика к структурооб-разованию, а в последствие и к формовке подобно фаршу «сурими» из мяса минтая. Данная способность является основополагающей в технологии производства

формованной продукции из фарша «сурими». Именно высокие показатели вязкости позволяют получить структурированный продукт с высокой степенью связанности, с прочным и эластичным внутренним каркасом, консистенцией.

--- Фарш "су рими" из мяса толстолобика -фарш «су рими~ т мяса толстшюбика

-Фарш "сурими" из мяса минтая —- ° 1 фарш "сурими" из мяса минтая

Рис. 25. График зависимости Рис. 26. График зависимости частоты вращения эффективной вязкости продукта (ті) от ротора (Ы) от массы вращающих ротор массы вращающих ротор грузов грузов (т)

Фарш «сурими» и фарш обработанный паром были проанализированы на микроскопе марки «Биомед-2» (ЛОМО) (рис. 27, 28).

Участки с меньшей концентрацией белка

Рис. 27. Микроструктура фарша типа Рис. 28. Микроструктура фарша

«сурими» Окр. гем.-эоз. ув. 200" типа «сурими» после обработки паром

Окр. гем.-эоз. ув. 200х В препаратах фарша «сурими» из мяса прудовых рыб выявлена типичная картина экстремального механического воздействия на мышечную ткань, а также признаки глубокого автолиза. Выявленные изменения выражались в практическом исчезновении поперечной исчерченности мышечных волокон, кроме того практически не выявлялись ядра мышечных клеток, хотя, в целом, контуры мышечных пучков просматривались достаточно четко. Микроструктура фарша «сурими» после обработки паром характеризовалась появлением специфической зернистости, кроме того, в продукте структура отличалась высокой гомогенностью и оптической плотностью.

Таким образом, можно сделать вывод, что фарш «сурими» из мяса прудовых рыб обладает высокими структурообразующими свойствами и может использоваться как самостоятельный продукт или основной компонент при производстве формованной продукции - палочек «Салатные», являющихся аналогом всем известным «Крабовых палочек» (ТУ 9263-001-02068108-2010 «Фарш «сурими» из толстолобика»)

Выход аналогов «крабовых палочек» из мяса прудовых рыб по разработанной технологии составляет 52,23 %, что является достаточно высоким показателем для данного вида продукта (выход палочек рыбных палочек по традиционной технологии составляет 50 %)

Анализ и обобщение полученных результатов позволили предложить модифицированную технологическую схему производства аналогов «крабовых палочек» на основе фарша «сурими» (ТУ 9266-001-02068108-2011 «Крабовые папочки» из прудовых рыб»), особенностью которой является внесение пищевой коллагеновой эмульсии из шкурки прудовых рыб, способ получения которой запатентован (патент РФ 2358450), на этапе подготовки фаршевой смеси. Такой подход приводит к повышению ФТС, улучшает качественные показатели и выход продукта и позволяет реализовать безотходную технологию переработки вторичных коллагенсодержащих продуктов разделки прудовой рыбы.

Себестоимость 1 т «крабовых палочек» из прудовой рыбы составляет 10 тыс. р. (в ценах 2011 г.), а рентабельность — 18,2 %.

Особый практический интерес представляет использование сырьевых ресурсов аквакультурнош происхождения в производстве чипсов. Разработана технологическая схема производства рыбных чипсов на основе мяса прудовой рыбы (толстолобик), в которой для повышения пищевой ценности предусматривали замену кукурузной муки на муку амаранта, которая обладает высокой биологической ценностью, служит богатым источником минеральных веществ, таких как кальций, магний, фосфор, селен и витаминов С и РР. Также для улучшения внешнего вида рыбных чипсов в фарш добавляли диоксид титана (0,08-0,1 г/100 г), выступающий в качестве пищевого отбеливателя. В качестве структурообразующих веществ использовали пищевую коллагеио-вую эмульсию, картофельный крахмал и пирофосфат Na. При этом роль вкусовых веществ играла йодированная соль, ароматизатор Креветка Silesia 1200401162 и сухая зелень укропа.

С учетом значений частных функций желательности каждой из аминокислот (di) обобщенный критерий желательности сбалансированности аминокислотного состава (D) для рецептуры чипсов из фарша прудовых рыб составляет 0,82, что по шкале желательности соответствует оценке «очень хорошо».

Анализ аминокислотного состава разработанных продуктов показал, что рыбные чипсы содержат в своем составе все незаменимые аминокислоты. Известно, что создание вкуса и аромата чипсов происходит при технологической обработке сырья вследствие изменений белковых, азотистых экстрактивных веществ и липидов. Активно участвуют в этом процессе производные аминокислот, а именно гистидина (0,794 %), глутаминовой кислоты (5,404 %), аланина (2,472 %), валина (1,794 %), сери-на (1,723 %), и других, которые формируются в результате биохимических превращений.

Таким образом, научно и экспериментально обоснована технология производства рыбных чипсов, позволяющая получать из мяса прудовой рыбы продукты с высокой биологической ценностью и органолептическими показателями. При этом себестоимость 1 т чипсов из прудовой рыбы составляет 15 тыс. р. (в ценах 2012 г.), а рентабельность -19 %.

В шестой главе «Морфологическая и функционально-технологическая характеристика побочных продуктов разделки рыб с выделением источников пищевого, кормового и технического назначения» изучены углубленные гисто-морфологические и функционально-технологические свойства побочных продуктов и

малоценных отходов, а также закономерности изменения их физических показателей, которые позволили охарактеризовать подходы, принципы и методы в получении новых оригинальных видов продуктов. В процессе рациональной разделки исследуемых видов рыб на филе (на примере толстолобика), получают 31-33 % побочных продуктов. в т.ч. 22-24 % составляют головы, кости, плавники. Изучение их химического состава свидетельствует о наличие ценных питательных веществ, так, например, содержание белка составляет от 12 % (головы рыб) до 18,9 % (кости и плавники), жира -12,3-15 %, минеральных веществ 5,5-10 % ,что доказывает целесообразность и перспективу их применения в пищевых технологиях при обеспечении требований к безопасности. При производстве рыбного фарша на прессе механической обвалки УНИКОН - 400 формируется в качестве отхода мясокостный остаток, включающий шкурку, чешую, хребтовые и реберные кости, головы и незначительное количество мышечной ткани (рис. 29).

На диаграмме видно, что основную часть этого вида сырья составляет: костная ткань (44 %), шкура (26 %) и чешуя (20 %). Так же наблюдаются включения мышечной ткани (10 %), что дает нам право называть рыбный остаток после пресс-обработки «мясокост-

Ш Кости

■ Кожа

■ Чешуя

■ Мышечная ткань

Рис. 29. Процентное соотношение составных частей мясокостного остатка ным». Содержание белка (36,89 %) и жира (11,41 %) в исследуемом сырье достаточно велико, что положительно оценивает перспективу его использования для производства нового вида пищевых продуктов.

Учитывая высокую массовую долю шкур прудовых рыб при разделке и общую тенденцию их накопления при выпуске рыбной продукции из филе со снятием шкуры, главной задачей ставится вовлечение их в основное производство, так как они в настоящее время представляют практически прямые потери.

Полученные данные по массовому выходу (4,8-6 % от массы целой рыбы) и химическому, аминокислотному и фракционному составу белков шкуросырья и гистоморфологическим характеристикам, подтверждают возможную перспективу использования этого сырья в перерабатывающих отраслях АПК. Обобщенная количественная информация представлена в табл. 10.

Таблица 10

Объект ис- Масса Масса Характеристики шкур

следования рыбы, чешуи, Длина, Масса Площадь, Плотность, Толщина,

г % см (без дм2 г/дм2 среднее

массы чешуи), значение,

рыбы % массы мм

рыбы

Карп 852,00 4,50 26,00 4,20 4,05 8,88 0,50

Толстолобик 2108,00 2,20 35,25 3,10 7,82 8,43 0,63

Щука 960,00 1,90 32,70 3,80 3,80 9,73 0,45

Сазан 1502,00 4,60 27,00 4,30 4,20 8,92 0,55

Белый амур 1812,00 2,30 35,01 3,20 7,94 8,71 0,69

Характеристики шкур хорошо согласуются с их микроструктурной картиной. Как видно на рис. 30, структура шкур рыб имеет видовые особенности, связанные с развитостью коллагеновых образований, жировых компонентов и чешуйчатых карманов.

Следовательно, шкуры рыб можно рассматривать как источник коллагеновых белков - известных структурообразователей в пищевых системах. Разработка на их основе коллагеновых субстанций, представляет перспективу и реальный потенциал в совершенствовании технологий и создании инновационных продуктов и материалов.

Результаты исследований показали, что содержание коллагена в шкурах пресноводных рыб различно (16-21 %) и, примерно, на 7-28 % превышает содержание этого показателя в шкурах морских и океанических рыб.

Анализ общего химического состава шкур показывает, что превалирующим компонентом выступают белки (16,5-18,5 %), жира варьируется в зависимости от вида (5-7 %). Анализ растворимости белков указывает, что более 70 % приходится на щелочерастворимую фракцию.

Количественное определение коллагена, данные микроструктурного и аминокислотного анализа позволяют доказать, что группа щелочерастворимых белков на 90% представлена коллагеном.

Результаты определения термодеформационного показателя шкур показывают, что они относятся к группе с высокими значениями температуры сваривания 56-58 °С, что соответствует самому высокому показателю для «рыбного» коллагена и имеет самую высокую степень структурирования коллагена.

Установлено, что жирнокислотный состав жиров шкур богат непредельными жирными кислотами (70,2 %).

Толстолобик

Карп

2,2 ед./г ■ Толстолобик

По степени структурированности и свойствам коллагена дермы, характеру распределения белковых компонентов и липидов, шкуросырье имеет близкие значения и поэтому применительно к нему возможны аналогичные приемы и параметры обработки, что обеспечит унификацию технологии.

Учитывая, что пищеварительный тракт рыб, являющийся отходом при переработке (3,8-8 % массы тела рыбы), содержит большое количество активных и разнообразных по специфичности ферментов, представляло интерес исследовать уровни их активности в составе внутренностей рыб с возможность использования в качестве ферментных препаратов при гидролизе белоксодержащего сырья в технологиях кормопроизводства. На рисунке 31 видно, что внутренности толстолобика обладают большей ферментативной активностью при гидролизе белков, чем внутренности карпа и смесь внутренностей из карпа и толстолобика, взятых в соотношении 1:1.

Однако, источники пищеварительных ферментов -внутренности (печень, кишечник, пилорические придатки), состоят из соединительной и мышечной тканей, поэтому могут оказывать влияние на общий химический состав кормов и их питательную ценность.

На рис. 32 видно, что внутренности прудовых рыб (на примере карпа и толстолобика) содержат 20-22 % жира и 8-12 % белков. Массовая доля влаги внутренностей колеблется от 65,5% у карпа до 66,1 % у толстолобика, что вполне определяет требования к их хранению и условиям переработки. В связи с этим, использование внутренностей толстолобика, как источника специфических ферментов для повышения биологической ценности кормопродуктов, целесообразно.

Таким образом, сбор и переработка вторичных продуктов и отходов представляет собой интерес прежде всего из - за достаточно высокого содержания белков, витаминов, микроэлементов. Однако сведения об их физико-химических и функционально — технологических свойствах весьма недостаточны. В то же время вторичные продукты и отходы могут выступать сырьем для получения ингредиентов, препаратов биологически

О Карп ВТолстолобик □Карп-толстолобик

Рис. 31. Протеолитическая активность внутренностей прудовых рыб

□ Влага

I Жир

I Белок

□ Зола

Рис. 32. Химический состав внутренностей прудовых рыб

активных веществ и пищевых добавок.

В связи с этим требуется научное обоснование рационального использования этих ресурсов и разработка подходов в получении продуктов пищевого, кормового и технического назначения.

На основе обширных экспериментальных исследований сформирован информационный банк данных о пищевой и биологической ценности прудовых рыб местного значения, выявлен биотехнологический потенциал для создания широкого ассортимента продуктов, в том числе со сбалансированным химическим составом и полноценным белком.

В седьмой главе «Создание высокотехнологичных производств рыбопродуктов из побочного сырья и малоценных отходов» предложены и обоснованы высокотехнологичные производства конкурентноспособных и безопасных рыбопродуктов с применением ферментных препаратов, которые могут быть повсеместно внедрены для обеспечения полноценного и здорового питания населения России.

Примером результатов таких исследований может служить коллагеновая пищевая эмульсия из шкуры прудовых рыб, в том числе йодированная, технологии которых запатентованы (патент РФ 2358450 «Способ получения пищевой коллагеновой эмульсии», патент РФ 2370092 «Способ получения йодированной пищевой коллагеновой эмульсии из кожи прудовой рыбы»).

Исходя из знаний функционально-технологических свойств коллагеновых белков как эмульгаторов и стабилизаторов, представляло интерес изучить возможности получения белково-жировых эмульсий в технологи рыбных продуктов с заданным составом и свойствами.

Авторская технология получения пищевой коллагеновой эмульсии включает следующие операции: измельчение на волчке, экстрагирование балластных белковых фракций, обработку ферментными препаратами, куттерование и диспергирование. Выход коллагеновой эмульсии составляет 195 %.

Для обеспечения научно-обоснованных норм потребления пищевых волокон и обеспечения нужного уровня функционально-технологических свойств (ФТС), следует дозировать эмульсию в составе пищевых сред исходя из ее химического состава (табл.11).

Таблица 11

Химический состав пищевой коллагеновой эмульсии из шкур прудовых рыб

Наименование показателя Значение показателя, %

Массовая доля белка 26,54±0,088

Массовая доля жира 3,5±0,108

Массовая доля влаги 68,46±0,436

Зола 1,5±0,013

По данным РАМН, усредненный суточный рацион питания взрослого человека включает 1285 г продуктов, содержащих в качестве пищевых волокон (ПВ) растительную клетчатку и пектиновые вещества. Исходя из того, что массовая доля ПВ в этих продуктах не превышает 1 %, суточная потребность в ПВ удовлетворяется приблизительно на 50 % (12,15 г при обоснованной суточной норме 25 г). Введение коллагеновых добавок в состав фаршевых рыбных изделий от 8 % до 20 % обеспечивает содержание коллагена от 1,36 до 3,4 г коллагена в 100 г готового продукта, что дополнительно к употребляемым растительным ПВ на 10-30 % удовлетворяет физиологические нормы в пересчете на 100 г готового продукта.

а Рыбный фарш с

юллагеновой эм'льсией

□ Рыбный фарше

йодированной коллагеновой эшльсией

Для решения проблемы профилактики йододефицита среди населения исследовали йодосвязывающую способность разработанной коллагеновой эмульсии, при этом степень связывания йода составила (500,0±5,5) мкг йода на 1 г продукта, что открывает перспективу использования коллагеновой эмульсии в качестве органического носителя йода. При этом содержание йода в 100 г готовой продукции лежало в пределе суточной потребности организма человека в йоде (100-200 мкг).

Для йодирования в полученную коллагеновую эмульсию вносили свежеприготовленный раствор йодида калия с массовой долей 0,01 % в количестве 10 % к массе кожи рыбы. Продолжительность процесса йодирования составила 20 ч при температуре 0-4 °С.

Для исследования ФТС использовали модельные фаршевые системы, составленные из мяса толстолобика (80 %) и коллагеновой пищевой эмульсии, в том числе йодированной (20 %). Для сравнения составляли контрольные модельные фаршевые системы из 100 % мяса толстолобика (без добавления коллагеновых эмульсий).

Очевидно, что все ФТС рыбных фаршей с добавлением пищевых коллагеновых эмульсий повышаются, что является основанием для разработки конкретных технологических решений с учетом современной концепции науки о питании для придания продуктам функциональных свойств.

Для выяснения возможности использования йодированной коллагеновой пищевой эмульсии в технологии рыбных продуктов исследовали стабильность йода в различных условиях тепловой обработки.

Влияние тепловой обработки на сохранность йода исследовали при варке, обжарке, запекании и стерилизации (табл. 12).

Таблица 12

Потери йода при различных параметрах тепловой обработки

ВСС ВУС ЖУС эс сэ

Рис. 33. ФТС рыбных модельных фаршей

Тепловая обработка Температура тепловой обработки, °С Длительность процесса, мин Потери йода, %

Варка 95 40 9,7±0,6

Обжарка 160 5 25,5±1,1

Запекание 170 50 48,1±1,3

Стерилизация 115 20 17,7±0,5

В ходе проведенных исследований, установлено, что при тепловой обработке максимальная потеря йода происходит при запекании, что соответствует температуре 170 °С. Чем больше температура тепловой обработки, тем больше величина потерь йода.

К преимуществам разработанных продуктов можно отнести повышенную вла-гоудерживающую и эмульгирующую способности, улучшение консистенции, сочно-

ста и товарного вида, снижение себестоимости, возможность реализации технологий по замкнутому циклу на принципах ресурсосбережения

На данные технологии разработаны проекты технической документации: ТУ 9266-004-02068108-2007 «Рыбные пастообразные продукты с добавлением пищевых коллагеновых эмульсий», ТУ 7265-104-02068108-2007 «Полуфабрикаты рыбные формованные с белковыми эмульсиями». Охраноспособность разработок подтверждается патентом РФ 2385653 «Способ производства формованных изделий из фарша прудовой рыбы с добавлением пищевой коллагеновой эмульсии».

Знания о массовом и химическом составе наиболее распространенных рыб внутренних водоемов дают нам основание целенаправленно, максимально и дифференцировано использовать продукты разделки в качестве основного сырья при производстве пищевых и кормовых гидролизатов.

Объектами исследования служили вторичные продукты разделки карпа, толстолобика и белою амура, взятые в соотношении: мясокостный остаток с содержанием 10 % мышечной ткани - 75 %, шкурка с чешуей - 15 %, внутренности — 10 % по каждому виду рыб соответственно. В ходе экспериментальных исследований установлено, что массовая доля влаги в смеси вторичных продуктах разделки прудовых рыб колеблется от 61,3 % для белого амура до 65,4 % для карпа, что вполне определяет требования к их хранению и условиям переработки с точки зрения санитарно-гигиенических и микробиологических показателей. Массовая доля белка варьирует от 11,2 % для карпа до 15,3 % у белого амура; жира — от 20,5 % для толстолобика до 21,4 % у карпа; золы, а следовательно минеральных веществ, от 2,2 % для белого амура до 2,7 % для карпа. Таким образом, достаточно высокое содержание в смесях вторичных продуктов разделки исследуемых видов рыб белка и жира говорит о высокой их пищевой ценности.

Учитывая эффективность применения ферментных гидролизатов в различных отраслях АПК, проведены исследования по подбору и применению ферментных препаратов для обработки комплекса вторичных продуктов разделки прудовых рыб. Показано, что требуется применение ферментов, обладающих широкой специфичностью, что обеспечивает глубокий гидролиз различных белков, включая с упроченной структурой, до низкомолекулярных пептидов и аминокислот. Наиболее подходящими для проведения процесса ферментирования смеси вторичных продуктов разделки прудовых рыб являются Протосубтили н ГЗх и Коллагеназа,

Установлено, что достаточной дозировкой для Коллагеназы является 0,5 ед. ПА/г белка. Для Протосубтилина ГЗх - 0,3 ед. ПА/г белка. Ферментная обработка в течение 20 мин достаточна, так как дальнейшего роста водорастворимых продуктов не отмечалось. Степень гидролиза определяется содержанием азота свободных аминокислот. Гидролиз заканчивают, когда оно составляет 35 - 58 % от общего содержания азота в гидролизате.

Для сушки жидкой фракции рыбного гидролизата использовали метод распыления. Анализ технологического выхода полученных гидролизатов относительно сырой смеси вторичных продуктов разделки прудовых рыб показал, что наибольший выход рыбного гидролизата наблюдался из смеси вторичных продуктов разделки толстолобика и составил 47,8 % (табл. 13)

Прудовая рыба, вто- Масса Масса Выход,

ричные продукты сырья, кг гидроли- %

раздежи которой зата,кг

использовались для

получения гидрсгаизата

Карп 5,0 2,26 45,2

Белый амур 5,0 2,17 43,4

Толстолобик 5,0 2,39 47,8

Таблица 13

фолизатов

Твердая фракция рыбного гидро-лизата после центрифугирования подвергается сушке в специальных барабанных установках, в которых в качестве теплоносителя используют пар. Полученный продукт может использоваться в качестве кормовой добавки в рационах сельскохозяйственных животных и рыб.

При анализе химического состава полученных гидролизатов выявлено, что гидролизаты содержат высокую массовую долю белков (от 89,5 % для карпа до 88,7 % для белого амура), которые обеспечивают продукт необходимыми питательными веществами, включая важные для здорового развития организма аминокислоты в усваиваемой форме. Следовательно, положительно оценивают перспективу использования их в высокотехнологичных производствах новых пищевых продуктов.

Гидролизаты рекомендуется использовать в качестве белкового обогатителя или разбавителя пищевых систем, а также в качестве основы для производства новых видов продуктов (соусов, паст, заливок, бульонов и т. д.).

Проведенные ранее исследования массовых характеристик вторичных продуктов и отходов, формирующихся при переработке прудовой рыбы, на примере толстолобика, доказали целесообразность использования продуктов его разделки в технологии кормопроизводства, где достаточный объем занимают невостребованные внутренности, головы, плавники, кости, чешуя и др.

Учитывая, что основными операциями получения кормов для рыб является гидролиз костного остатка, под действием ферментов, и активность внутренностей исследуемых видов рыб, предлагается технология получения кормопродукта с использованием в качестве ферментного препарата внутренности рыб. Для этого в смесь побочных продуктов, полученных при разделке рыбы, вносят внутренности рыб массовой долей 30 % и выдерживают -10-12 ч при температуре 4-6 °С. По истечении времени влажный гидролизованный корм обрабатывают для обеспечения хранимости или непосредственно используют для кормления рыб (рис. 34).

Опираясь на результаты собственных экспериментальных исследований можно сделать вывод: разработанная рецептура корма, полностью удовлетворяет суточную потребность рыб в незаменимых аминокислотах, жирных кислотах, витаминах и минеральных веществах и может быть рекомендована также другим видам рыб, в том числе аквариумным. Лабораторные испытания разработанного корма для прудовых рыб на мальки карпа 8-ми дневного возраста показали, что он обладал хорошими питательными качествами, охотно поедался мальками карпа, что ускорило их рост уже на ранних стадиях развития. За весь период опыта расход опытного корма на одного малька составил 36 г, а контрольного -43 г. В конце опыта средняя живая масса мальков в опытных группах составила 0,021 кг, а в контрольной — 0,018 кг. Динамика роста мальков в опытных группах во все периоды эксперимента была выше, чем в контрольной. При этом расход корма для рыб на 1 кг прироста живой массы мальков составил: в контрольной группе - 0,163 кг, в опытной группе -0,175 кг.

Прием мясокостного остатка О = -18 °С)

т

Размораживание (Іад = 18-20 °С, до Ц « 0 - минус 2 °С)

Подготовка растительных компонентов (травяная мука, горох, кукуруза, ячмень)

Измельчение (5,5 кВт, 1200 кг/ч, <1=1-1,5 мм)

Т

Дозировка

Смешивание и ферментация (т = 10-12 ч, 1=4-6 °С)

Замораживание (ї= минус 18 °С

Конвективная сушка (т = 90 мин, 1=32-40 °С)

т

Экструдирование (1=134 °С, ср = 16 %, Р = 5-7 МПа)

Упаковка, маркировка

Хранение:

замороженный - при ї= минус 18 °С, т = 4 мес.; высушенный и экструдированный -при 1=0-18 °С, <р = 75%, т = 6мес.

Расчеты показывают, что расход корма на единицу продукции в опытных группах по сравнению с контрольной уменьшился на 6,83 %. Сохранность мальков в ходе всего эксперимента была максимальной. Таким образом, запатентованная технология получения корма для рыб (заявка на патент РФ 2010567811 «Способ получения корма для прудовых рыб с использованием их внутренностей») позволит реализовать безотходную технологию переработки рыбы, а также расширить сырьевую кормовую базу для получения кормопродуктов по разработанной технической документации (проект ТУ 9267001-02068108-2011 «Корма для пресноводных рыб»).

Таким образом, разработанные технологические предложения, позволяют увеличить выпуск пищевых, кормовых и технических продуктов, расширить их ассортимент, повысить рентабельность рыбообрабатывающих предприятий, стимулировать развитие и дифференциацию рыбохозяйственной науки, помогают рационально утилизировать весь комплекс веществ, продуцируемый пресноводными организмами. В целом, диссертационное исследование нацелено на прорыв в области экологического благополучия производства и продуктов, позволит достигнуть значительных экономических результатов за счет внедрения инновационных технологий.

ВЫВОДЫ

1. Обоснованы и предложены основные концептуальные подходы в реализации высокотехнологичных производств на основе глубокой переработки рыб с получением широкого спектра конкурентоспособных товаров, базирующихся на углубленных теоретических знаниях физико-химических, гистоморфологических и функциональных свойствах основных и побочных продуктов разделки с привлечением инструментальных методов.

2. Дана массометрическая характеристика и особенности химического и фракционного составов основных компонентов липвдов и белков, позволяющих разработать серию инновационных продуктов пищевого, кормового и технического назначения. Показано, что наибольший массовый выход имеет мышечная ткань (бескостное мясо) независимо от вида рыбы и составляет от 36,6 % до 50 %. При этом соотношение бе-лок:жир для разных видов рыб значительно различается: для мышечной ткани карпа это соотношение 1:0,33, для толстолобика - 1:0,38, для белого амура - 1:0,32, для щуки -

Рис. 34. Технологическая схема получения корма для рыб с использованием ферментного комплекса их внутренностей

1:0,06 и т. д., что дает возможность широко варьировать сырьевые ресурсы в производстве рыбопродуктов функционального назначения, в том числе диетических

3. Качественные характеристики основных и побочных продуктов разделки рыб внутренних водоемов показывают высокую пищевую и биологическую ценность, по сравнению с рыбами океанического и морского происхождения. Методами сенсорного анализа установлены особенности состава суммарных ароматов рыбопродуктов. Ранняя идентификация триметиламина, регистрируемая сенсограммами, позволяет прогнозировать качество продуктов по изменению его содержания в паровой фазе над рыбой, что может быть использовано на практике в целях рационального использования сырья.

4. Установлено, что активность катепсинов проявляется на ранних стадиях и в значительной мере стимулирует автолиз, что подгверядается гистоморфологическими и функционально- технологическими свойствами, которые в промежутке от О до 8 ч хранения уменьшаются, а в промежутке 8-24 ч — увеличиваются, что абсолютно совпадает с теорией автолиза, так как в период от 0 до 8 ч начинается мышечное окоченение, пиком которого является 8 ч хранения. Ультраструктурная организация мышечных волокон исследуемых видов рыб подтверждает ее сходство со структурой мышечной ткани наземных животных, но и не исключает наличие других форм организации мышечных элементов, на что указывает неравномерность толщины мышечных волокон.

5. С целью выявления максимального накопления актомиозинового комплекса была разработана математическая модель, описывающая динамику изменения содержания АМК в процессе хранения прудовой рыбы. Итогом моделирования явилось описание процесса накопления актомиозинового комплекса, согласно которому максимальное накопление АМК приходится на 8 ч хранения для белого амура.

Закрепление информации путем исследования ФТС позволило разработать подходы, принципы и методы рационального использования рыбного сырья на разных стадиях авголитических превращений: оптимальным временем хранения рыбы для использования ее при производстве соленой продукции является временной интервал от 0 до 8 ч, а для производства кулинарных изделий - от 9 до 24 ч.

6. Научно обоснованы и экспериментально подтверждены условия выделения комплекса катепсинов из мышечной ткани прудовых рыб (на примере карпа). Электро-фореграмма показывает, что молекулярная масса белковых фракций находится в диапазоне от 35 до 95 кДа, что весьма близко к кислым и нейтральным протеиназам и совпадает с классическими представлениями о природе ферментов животного происхождения. Максимум протеолитической активности комплекса катепсинов достигает при рН 5 и составляет 134 едУг. Установлено, что ферментный комплекс проявляет наибольшее сродство к сывороточному альбумину, водорастворимой и солерастворимой фракции белков мяса, что подтверждает активность и роль исследуемого комплекса в процессах автолитических превращений на этапах деградации мышечных белков тканей рыб.

7. Проведенный комплекс исследований позволяет обосновать условия, параметры и режимы обработки рыбного сырья при производстве новых продуктов широкого потребительского спроса с применением пищевых отбеливателей, натуральных красителей и ароматизаторов: полуфабрикаты охлажденные и замороженные, в том числе йодированные, наборы для ухи, пресервы из прудовых рыб в различных соусах и заливках, палочки рыбные «Особые» на основе фарша «сурими» из толстолобика, рыбные чипсы.

8. Углубленные гистоморфологические и функционально-технологические свойства побочных продуктов и малоценных отходов, а также закономерности изменения их физических показателей позволили охарактеризовать подходы, принципы и методы в

получении новых оригинальных видов продуктов: пищевая коллагеновая эмульсия, пищевые и кормовые белковые гидролизаты, корма с использованием внутренностей прудовых рыб.

9. Сформирован информационный банк данных о пищевой и биологической ценности рыб внутренних водоемов для создания на их основе функциональных продуктов питания, в том числе со сбалансированным химическим составом и полноценным белком.

10. Разработаны высокотехнологичные производства, конкуренгноспособных и безопасных рыбопродуктов с применением ферментных препаратов, которые могут быть повсеместно внедрены для обеспечения полноценного и здорового питания населения России.

Принятые новые технологические решения, реализуемые на практике показали реальную возможность расширения ассортимента рыбных продуктов отечественного производства на принципах импортзамещения.

11. Разработаны и утверждены в установленном порядке 4 комплекта технической документации на новые виды рыбопродуктов повышенной пищевой и биологической ценности, обогащенные функциональными белковыми и коллагенсодержащими ингредиентами. Рецептуры и технологические режимы апробированы в опытно-промышленных условиях ООО «Системы качества жизни» (г. Нововоронеж).

12. Анализ эффективности выполненных разработок свидетельствует об их социальных перспективах и экономической рациональности, подтвержденных промышленными испытаниями и внедрением в учебный и научный процессы ФГБОУ ВПО ВГУИГ. Разработанные технологии внедрены в условиях инновационного рыбоперерабатывающего цеха ООО «Системы качества жизни» (г. Нововоронеж). Основные финансово-экономические показатели работы данного предприятия с 2010 г. по настоящее время доказывают экономическую целесообразность внедренных технологий (выручка 31691,53 тыс. р., маржинальный доход 5834,91 тыс. р.).

Список наиболее значимых работ, опубликованных по материалам диссертации.

Статьи из перечня ВАК

1. Антипова, Л. В. Проблемы и перспективы рационального использования ресурсов рыбоперерабатывающей промышленности [Текст] / Л. В. Антипова, О. П. Дворянииова // Вестник ВГТА. - 2001. - № 6. - С. 84-92.

2. Антипова, Л. В. Эффективность применения рыбоперерабатывающих ресурсов для производства функциональных продуктов массового потребления [Текст] / Д В. Антипова, О. И Дворянинова // Извести ВУЗов. Пищевая технология. - № 5-6. - 2002. - С. 24-26.

3. Формализация подхода к расчету технологических режимов получения коллагеновых дисперсий из кожи рыб [Текст] / Л. В. Антипова, И. А Глотова, В. И. Ряжских, О. П. Дворянинова // Извести ВУЗов. Пищевая технология. - 2003. - № 5-6. - С. 50-52.

4. Дворянинова, О. П. Биохимические изменения и функциональные свойства прудовой рыбы при хранении [Текст] / О. П. Дворянинова, А. В. Алехина // Вестник ВГТА - 2008. - № 3. — С. 12-17.

5. Исследование йодосвязывающей способности коллагеновых белков кож прудовых рыб [Текст] / Л. В. Антипова, В. С. Слободяник, О. П. Дворянинова, Лы Тхи Иен // Вестник ВГГА - 2008. - № 3. — С. 31-36.

6. Дворянинова, О. II. Технологическая ценность шкур прудовых рыб в получении кожевенного полуфабриката [Текст] / О. П. Дворянинова, Л. П. Чудинова, Г. А Букай // Вестник ВГТА. - 2009. - № 3. — С. 28-33.

7. Дворянинова, О. П. Биохимические изменения мяса прудовых рыб в процессе хранения [Текст] / О. П. Дворянинова, А В. Алехина// Вестник ВГТА - 2009. - № 3. — С. 95-97.

8. Перспективы использования верхних покровов пресноводных рыб [Текст] / Л В. Антигона, О. IL Дворянинова, Л. П. Чудинова, А. В. Гребенщиков // Рыбпром. -2009. - №4. - С, 8-12.

9. Биохимические изменения мяса пресноводных рыб в процессе автолиза [Текст] / Л. В. Атипова, А. В. Алехина, О. П. Дворянинова и др. // Извести ВУЗов. Пищевая технология. -2009.-№5-6.-С. 18-21.

10. Влияние концешрации ферментов класса гликозидаз на степень обезжиривания шкур рыб внутренних водоемов [Текст] / Л. В. Ангипова, О. П. Дворянинова, Л. П. Чудинова, И. Н. Толпыгина // Извести ВУЗов. Пищевая технология.—2009. - № 5-6. — С. 42-44.

11. Ангипова, Л. В. Пищевая биотехнология в обеспечении правильного питания населения на основе биоресурсов и исследование показателей качества региональной пресноводной аквакультуры [Текст] / Л. В. Ангипова, О. П. Дворянинова, Е. В. Калач // Вестник ВГТА. -

2010. -№3.-С. 71-74.

12. Дворяпипова, О. П. Получение ферментного комплекса мяса пресноводных рыб и исследование его свойств методом электрофореза [Текст] / О. П. Дворянинова, А. В. Алехина, С. А. Сгорублевцев// Извести ВУЗов. Пищевая технология.-2010. -№ 4(316).-С. 13-15.

13. Разработка рецептуры ((крабовых галочек» на основе фарша сурими из прудовой рыбы [Текст] / Л. В. Ангипова, О. П. Дворянинова, Е. В. Калач, В. H. Горностай // Вестник ВГТА. -

2011.-№3,-С. 89-92.

14. Ангипова, Л. В. Сухая основа из малоценных продуктов разделки прудовых рыб [Текст] / Л. В. Антгаюва, О. П. Дворянинова, Ю. H. Воронцова // Извести ВУЗов. Пищевая технология. -2011. - № 5-6. - С. 42-44.

15. Ангипова, Л. В. Ферментные препараты для биомодификации белковых систем нетрадиционного сырья рыбной промышленности [Текст] / Л. В. Ангипова, О. П. Дворянинова, До Ле Хыу Нам // Пищевая промышленность. - 2011. - № 12. - С. 29-31.

Учебные пособия

16. Рыбоводство. Основы вылова, разведения и переработки рыб в искусственных водоемах [Текст] : учеб. пособие / Л. В. Ангипова, О. П. Дворянинова, О. А. Василенко и др.; под общ. ред. Л. В. Аіггаповой. - СПб: ГИОРД, 2009. - 427 с. - ISBN 978-5-98879-068-6.

17. Анпшова, Л. В. Основные принципы переработки сырья растительного, животного, микробиологического происхождения и рыбы [Текст] : учеб. пособие / Л. В. Ангипова, И. А. Глотова, О. П. Дворянинова. - Воронеж, 2009. - 243 с. ISBN 5-87162-114-7.

18. Ангипова, Л.В. Основы рационального использования вторичных продуктов переработки прудовых рыб [Текст]: учеб. пособие/Л.В. Ангипова, О.П. Дворянинова, NIM. Данылив. - Воронеж, 2011. -75 с. - ISBN 978-5-4218-0074-3.

Монографии

19. Дворянинова, О. П. Аквакультурные биоресурсы: научные основы и инновационные решения [Текст]: монография / О. П. Дворянинова, JI. В. Ангипова - Воронеж: ВГУИТ, 2012. -420 с. - ISBN 978-5-89448-929-2.

20. Ангипова, Л. В. Прудовые рыбы: биотехнологический потенциал и основы рационального использования ресурсов ІТекст] : монография / Л. В. Анпшова, О. П. Дворянинова. -Воронеж: ВГУИТ, 2012.-404 с. - ISBN 978-5-89448-937-7.

Результаты научных исследований обсуждены на научно-практических международных и всероссийских конференциях и представлены в 45 тезисах докладов.

Патенты

1. Пат. 2370092 Российская Федерация, МПК A23J1/04. Способ получения йодированной пищевой коллагеновой эмульсии из кожи прудовой рыбы [Текст] / Ангипова Л. В., Дворянинова О. П., Лы Тхи Иен; заявитель и патентообладатель Воронеж, госуд. технол. академия. -№ 2008117478/13; заявл. 30.04.2008; опубл. 20.10.2009, Бюл. №29. - 6 с.

2. Пат. 2259779 Российская Федерация, МПК7 A23J1/04, A23J1/10, A23L1/327. Способ получения коллагеновой дисперсии [Текст]/ Ангипова Л. В., Глотова И. А., Дворянинова О. П.; заявитель и патентообладатель ООО "Паліус 2". - № 2002126623/13; заявл. 08.10.2002; опубл. 10.09.2004, Бюл. № 25.-12 с.

3. Пат. 2358450 Российская Федерация, МПК A23L1/0562. Способ получения пищевой коллагеновой эмульсии [Текст] / Антипова JL В., Болынунов Г. И., Дворянинова О. П. и др.; заявитель и патентообладатель Антипова Л. В. - № 2008100625/13; заявл. 09.01.2008, опубл. 20.06.2009, Бюл. № 17. - 8 с.

4. Пат. 2385653 Российская Федерация, МПК A23L1/325. Способ производства формованных изделий с добавлением пищевой коллагеновой эмульсии [Текст] / Антипова JI. В., Боль-шунов Г. И., Дворянинова О. II. и др. - № 2008100627/13; заявл. 09.01.2008, опубл. 10.04.2010, Бюл. №10.-8 с.

5. Пат. 2358552 Российская Федерация, МПК A23L1/325 (2006.01). Способ производства пресервов из рыбы любых видов (Текст] / Антипова JI. В., Дворянинова О. П. и др.; патентообладатель Л. В. Атитюва. - № 2008100634/13; заявл. 09.01.2008, опубл. 20.06.2009, Бюл. №8.-6 с.

6. Пат. 2359475 Российская Федерация, МПК A23L 1/221. Способ производства композиции для ароматизации продуктов щ мяса сельскохозяйственных животных, рыбы и ггпшы [Текст] / Антипова Л. В., Дворянинова О. П. и др.; патентообладатель Л. В. Антипова -№> 2008100893/13,уваявл. 09.01.2008;, onv6ji. 27.06.2009, Бюл. № 6. -8 с.

7. Пат. 2425893 Российская Федерация, МПК С14С13/00 (2006.01), С14С1/00 (2006.01), С14С1/08 (2006.01), C12S7/00 (2006.01). Способ получения дубленого полуфабриката го шкур всех видов пресноводных рыб [Текст] / Антипова Л. В., Дворянинова О. П. и лр ; патентообладатель Л. В. Антипова. - № 2009124002/12; заявл.. 23.06.2009;, опубл. 23.06.2009, Бюл. 1.-1 с.

8. Пат. 2457696 Российская Федерация, МПК A23L1/325 (2006.01). Способ производства чипсов из прудовой рыбы [Текст] / Антипова Л. В., Дворянинова О. П. и др.; патентообладатель Л. В. Антипова -№2011106407/13; заявл. 21.02.2011,опубл 21.02.2011,Бюл. 8.-8 с.

Список сокращений, используемых в автореферате

АК-аминокислота КРАС - коэффициент различия аминокислотного

АМК-акгомиозиновый комплекс скора

АТФ-адешзишрифосфат КОМ - коэффициент мегаболгаации пошпюнхы-

БГКП- бактерии группы кишечной палочки щенных жирных кислот

БЦ- биологическая ценность МЭК-мультиэгаимный комплекс

БЧ-биотехнологический потенциал ПА-протесшшическаяактивность

БЭВ - биологически экстрактивные вещества ПЦ - пищевая ценность

ВБР-водные биологические ресурсы РХК-рыбохозяйственный комплекс

ВСС-влагосвязывающая способность CMC-структурно-механическиесвойства

ВУС-влагоудерживающая способность ФА-Федеральное агентство

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хромато- ФО- Федеральный округ

графия ФТС - функционально-технологические свойства

ГЖХ-газожидкостная хроматография ФЦП - Федерально-целевая программа

ЖУС-жироудерживающая способность ЭКЕ - энергетическая кормовая единица

КМАФАнМ - количество мезофильных аэробных и ЭЦ-энергетическая ценность

факультаптно-анаэробных микроорганизмов

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту профессору Людмиле Васильевне Ангиповой за поддержку, помощь, понимание и ценные замечания при подготовке диссертационной работа

Искренняя признательность коллективу кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВПО ВГУИТ, сотрудникам научно-исследовательских лабораторий за консультации и квалифицированную помощь в ходе выполнения научных исследований.

Подписано в печать 30.05. 2013. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 117 ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РЫБ ВНУТРЕННИХ ВОДОЕМОВ: ГЛУБОКАЯ ПЕРЕРАБОТКА И ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ ИМПОРТЗАМЕЩАЮЩИЕ

ПРОИЗВОДСТВА

05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов

и холодильных производств 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

05201551301

На правах руке------

ДВОРЯНИНОВА ОЛЬГА ПАВЛОВНА

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор Антипова Л.В.

Воронеж - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ, НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ 15 ТЕХНОЛОГИЙ РЫБОПРОДУКТОВ ИЗ ОБЪЕКТОВ АКВАКУЛЬТУРЫ

1.1 Мировой опыт и основные тенденции ^ развития аквакультуры

1.2 Прудовые рыбы как объект для производства продуктов широкого потребительского спроса в реальных секторах экономики: 39 функционально-технологические и биологические свойства

1.3 Оценка биотехнологического потенциала рыбы и рыбо-

79

продуктов в обеспечении качественного и здорового питания

1.4 Создание высокотехнологичных производств рыбоперераба- ^ тывающей промышленности с применением ферментов

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 106

2.1 Организация и проблемно - целевая схема исследований 106

2.2 Характеристика и обоснование выбора объектов исследования 108

2.3 Стандартные методы исследований 119

2.4 Оригинальные методы исследования 122

2.5 Математическое планирование и статистическая обработка результатов экспериментов

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА БИОТЕХНО ЛОГИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА

144

ПРУДОВЫХ РЫБ

3.1 Комплексная оценка качественных и количественных харак-

144

теристик мяса прудовых рыб

3.2 Функционально - технологические свойства и морфологиче-

164

екая характеристика мяса прудовых рыб

3.3 Особенности ароматов и прогнозирование качества рыбопродуктов с использованием сенсорного анализа

ГЛАВА 4. БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРА-

179

ЩЕНИЯ ПРИ ХРАНЕНИИ И ПЕРЕРАБОТКЕ ПРУДОВЫХ РЫБ

4.1 Характеристика ферментной системы рыб 179

4.2 Биохимические и морфологические изменения в мышечной

ткани рыб в процессе автолитических превращений

4.3 Получение и исследование свойств катепсинов мышечной

204

ткани

ГЛАВА 5. ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ, ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА РЫБОПРОДУКТОВ ШИРОКО- 218 ГО ПОТРЕБИТЕЛЬСКОГО СПРОСА

5.1 Производство рыбных фаршей и полуфабрикатов 218

5.2 Особенности технологии производства пресервов на основе

226

биоресурсов аквакульутры

5.3 Производство фарша «сурими» и продуктов оригинальных

239

форм на его основе

5.4 Производство рыбных чипсов 257 ГЛАВА 6. МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

267

РАЗДЕЛКИ РЫБ С ВЫДЕЛЕНИЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИЩЕВОГО И КОРМОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

6.1 Кости, плавники, головы: химический состав и питательная

268

ценность

6.2 Физические свойства и гистоморфологические особенности

274

шкур прудовых рыб

6.3 Чешуя и плавательный пузырь рыб внутренних водоемов

281

как сырьевые источники получения желатина

6.4 Химический состав и протеолитическая активность внутрен-

287

ностей прудовых рыб

6.5 Создание информационного банка данных по пищевой и био-

логической ценности прудовых рыб

ГЛАВА 7. СОЗДАНИЕ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ РЫБОПРОДУКТОВ ИЗ ПОБОЧНОГО СЫРЬЯ И МАЛОЦЕННЫХ 292 ОТХОДОВ

7.1 Пищевая коллагеновая эмульсия из шкуры прудовых рыб 293

7.2 Получение рыбных белковых гидролизатов пищевого и

311

кормового назначения

7.3 Новые технические решения в производстве кормов с

333

использованием внутренностей прудовых рыб ВЫВОДЫ 346

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 350

ПРИЛОЖЕНИЯ 397

А - Акты производственных испытаний Б - Акты внедрения результатов работы в учебный процесс В - Технические условия Г - Акт внедрения в производство Д - Протоколы лабораторных испытаний Е - Сертификаты соответствия и санитарно-эпидемиологические заключения Ж - Справки о социально- экономическом эффекте И - Патенты РФ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В современных условиях развития АПК России первоочередной для рыбохозяйственного комплекса (РХК) является позиция стабильного развития, на основе которой может быть обеспечена продовольственная безопасность страны при комплексном использовании трех составляющих: рыболовства, аквакультуры и экологии. Учитывая важность этого утверждения, все рыболовные державы признают, что в настоящее время человечеству необходимо перейти от рыболовства к выращиванию рыбы, которое является основой аквакультуры.

Анализ параметров рыбного рынка показал, что, имея богатый ресурсный потенциал прибрежных зон и внутренних водоемов, Россия практически не двигается вперед в области развития аквакультуры, и по производству продукции из пресноводных биоресурсов находиться на 78 месте. И хотя сейчас на экспорт вместо прежних 20% идет более 40% российской рыбопродукции, в основном это сырье или изделия с низкой степенью переработки. В то же время объем импорта рыбопродукции за 10 лет вырос втрое и составляет более одной трети потребляемых рыботоваров. Однако, мировая аквакультура остается наиболее быстро развивающейся отраслью по производству продуктов питания животного происхождения, темпы роста которой опережают увеличение численности населения.

При достаточно большом объеме нормативных актов, регулирующих отношения в РХК, совокупность законодательной базы в настоящее время не в состоянии полностью регулировать все правовые отношения. Поэтому необходим профессиональный подход, который поможет исправить сложившуюся ситуацию на рыбном рынке страны. В настоящее время в утвержденных Правительством РФ «Концепции развития рыбного хозяйства на период до 2020 года» и «Стратегии развития АПК и рыболовства» уже обозначены основные цели и задачи государства, остро стоящие перед рыбной отраслью, и намечены пути их решения, в частности: «повышение эффективности... переработки водных биологических ресурсов за счет

внедрения новой техники и технологий глубокой и комплексной переработки сырья, совершенствования методов хранения и транспортировки рыбной продукции». А также обозначены проблемы, препятствующие эффективному развитию РХК, где наиболее значимой является отсутствие системного подхода к обеспечению выпуска качественной и безопасной рыбо- и морепродукции (согласно государственной программе РФ «Развитие рыбохозяйственного комплекса», 2011).

В этой связи особую актуальность темы диссертационного исследования подчеркивает «Стратегия развития рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года» (приказ Росрыболовства от 30.03.2009 N 246), государственная программа «Развитие рыбохозяйственного комплекса на 2012-2020 годы» (Москва, 2011 г.) и отраслевая программа "Разведение одомашненных видов и пород рыб (развитие сельскохозяйственного рыбоводства) в РФ на 2011 - 2013 годы" (приказ Минсельхоза России от 31 марта 2011 г. N 86), которые нашли отражение в Федеральных программах государства и получили положительные отзывы в виде реализации подпрограмм на региональных уровнях.

К сожалению, оценивая мировой опыт и потенциал России по количеству рек, прудов, озер и возможности выращивания в них аквакультурных биообъектов, целенаправленной поставкой местных рыбных источников для питания человека мало кто занимается. Поэтому местный рынок прудовых рыб представлен, в основном, свежими и копчеными продуктами, а оригинальный ассортимент представлен не местными производителями и их объемы крайне недостаточны. В перспективе же, рынок рыбопродуктов имеет все возможности для устойчивого роста, что подтверждается наличием природного, ресурсного, производственного, кадрового, рыночного и социального потенциалов.

Проблемам организации и обеспечения выпуска качественной и безопасной рыбопродукции широкого потребительского спроса на основе аквакультурных биоресурсов посвятили свои многочисленные работы отечественные и зарубежные ученые: Абрамова JI.C., Антипова J1.B., Багров A.M.,

Богерук А.К., Васильева Л.М., Власов В.А., Долганова Н.В., Касьянов Г.И., Котенев Б.Н., Макоедов А.Н., Мамонтов Ю.П., Марковцев В.Г., Мезенова О.Я., Мукатова М.Д., Никоноров С.И., Привезенцев Ю.А., Харенко E.H., Цибизова М.Е., Яхонтова И.В., Abbas G., Brander K.M., Crean P.B., Nickerson J. T. R., Stauffer Jay R и др.

На основании их исследований достигнуты значительные успехи в исследованиях морфогенезиса тканей и органов, ихтиологических основ разведения и выращивания наиболее известных объектов аквакультуры, при этом информация об их биотехнологическом потенциале, как объекте для промышленного производства продуктов широкого потребительского спроса, требует углубленного изучения автолитических процессов как основы для создания и развития инфраструктуры рыбоперерабатывающих производств.

В связи с этим весьма привлекательным является разработка новых технологических решений по использованию ткайей рыб в пищевых системах при производстве традиционных, аналоговых, имитирующих и функциональных продуктов на основе углубленного изучения их функционально-технологических и структурно-механических свойств, в том числе с использованием сырьевых комбинаций и пищевых добавок.

Особе значение имеет организация глубокой переработки рыб внутренних водоемов с выделением источников пищевого, кормового и технического назначения, что послужит реальным путем ликвидации дефицита полноценных белков, эссенциальных макро- и микронутриентов, а также позволит гармонизировать корзину рыбопродуктов на рынке путем снижения себестоимости готовой продукции.

Решению обозначенной выше проблемы посвящена данная работа. Она отвечает поставленным руководством страны задачам и реализована в рамках госбюджетной НИР кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВГУИТ «Технологии живых систем в экологически безопасном ресурсосберегающем производстве и переработке животного сырья» (№ ГР 01.2.011.21009), а также выполнялась в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (гос.

контракт № П1715 от 23.09.2009 г.). Актуальность работы на региональном уровне подтверждают успешно реализованные в соавторстве два государственных контракта по заказу Департамента промышленности и транспорта Воронежской области (гос. контракт № 31 от 01.07.2007; гос. контракт № 20 от 16.07.2008 г.).

Таким образом, для достижения целей и критериев, определенных Доктриной продовольственной безопасности РФ, Концепцией долгосрочного социально-экономического развития РФ на период до 2020 года и Основными направлениями деятельности Правительства Российской Федерации до 2018 года, дальнейшее развитие рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации будет основываться на активизации исследований и освоении новых видов водных биоресурсов, которые в настоящее время малоиспользуемые либо не востребованы вообще, а также становлении и росте объемов аквакультуры.

Цель исследований - научное обоснование и разработка комплекса технических и технологических решений по организации и обеспечению выпуска качественной и безопасной рыбопродукции отечественного производства на основе прудовых рыб, обеспечивающих повышение конкурентоспособности рыбных товаров и экономическую эффективность производства.

Для реализации поставленной цели сформулированы следующие

задачи:

1. Сформировать концептуальные подходы в исследовании рыб внутренних водоемов по принципу высокотехнологичных производств.

2. Исследовать массометрические характеристики и особенности химического и фракционного составов наиболее распространенных рыб внутренних водоемов.

3. Исследовать качество и безопасность рыбного сырья и определить его биологическую и пищевую ценность; оценить особенность аромат и разработать подходы к прогнозированию качества рыбопродуктов с использованием сенсорного анализа.

4. Исследовать закономерности изменения биохимических и физико-химических превращений при хранении и переработке прудовых рыб; разработать рекомендации по развитию функционально-технологических свойств мяса прудовых рыб в разных стадиях автолитических превращений.

5. Выделить ферментный комплекс катепсинов из мышечной ткани и исследовать его фракционный состав, биохимические свойства в интенсификации технологического цикла посола и созревания рыбосырья при производстве продуктов питания различной степени готовности.

6. Теоретически и экспериментально обосновать технологии традиционных, аналоговых, имитирующих и функциональных рыбопродуктов на принципах ресурсосбережения и импортзамещения:

7. Охарактеризовать массометрические характеристики, безопасность и биотехнологический потенциал побочных продуктов и малоценных отходов рыбоперерабатывающих производств.

8. Создать информационный банк данных о пищевой и биологической ценности прудовых рыб для разработки на их основе широкого ассортимента качественных и безопасных рыботоваров.

9. Обосновать и разработать перспективные направления применения биотехнологического потенциала побочных продуктов и малоценных отходов рыбной промышленности с применением ферментов отечественного производства.

10. Разработать техническую документацию на ассортиментную линейку рыбопродуктов и провести их опытно-производственную апробацию;

11. Практически реализовать результаты научных исследований в производственных условиях, учебном и научном процессах.

Научная концепция работы заключается в обосновании закономерностей и разработке научных основ инновационных технологий биологически безопасных рыбопродуктов с использованием современных принципов глубокой переработки рыб аквакультурного происхождения.

Научные положения, выносимые на защиту:

- принципы комплексной переработки прудовых рыб в обеспечении структуры, качества и безопасности питания;

- прогнозирование качества рыбного сырья в различные периоды автолиза на основе исследования функционально-технологических, биохимических и физико-химических свойств мышечной ткани;

- характеристика и режимы получения комплекса катепсинов из мышечной ткани рыб применительно к технологии соленых рыбопродуктов и кулинарных изделий;

- дифференциация побочных сырьевых ресурсов разделки прудовых рыб для получения на их основе продуктов пищевого, кормового и технического назначения;

- информационный банк данных о пищевой и биологической ценности прудовых рыб для пищевых систем при производстве традиционного и оригинального ассортимента рыбопродуктов;

- научно обоснованные технологические решения по созданию инновационных рыбопродуктов на основе глубокой переработки прудовых рыб с использованием принципов ресурсосбережения и импортзамещения.

Научная новизна. В результате научных исследований проанализированы эссенциальные макро- и микронутриенты, проведена оценка пищевой и биологической ценности наиболее распространенных рыб внутренних водоемов. Определены уровни контаминантов и оценена безопасность как объектов для промышленного производства пищевых продуктов.

Выявлены особенности тканевой структуры мышц рыб внутренних водоемов в процессе и хранения и установлено, что автолитические превращения имеют характерные периоды и развиваются в течение 24 часов. Дальнейший автолиз связан с нарастанием деструктивных процессов в миофибриллярном аппарате мяса рыб, которые в конечном итоге носят необратимый характер.

Установлены закономерности изменения биохимических и физико-химических превращений при хранении и переработке прудовых рыб, и выявлено, что мясо в различных стадиях автолиза даёт характерные ФТС, что необходимо учитывать при производстве рыбопродуктов.

Обоснованы условия получения комплекса катепсинов мышечной ткани карпа и исследованы его состав и свойства. Доказано, что в выделенном ферментном комплексе присутствуют кислые и нейтральные протеиназы, использование которых в технологиях производства соленых рыбных изделий интенсифицирует процесс посола и созревания рыбосырья.

Выявлен биотехнологический потенциал прудовых рыб для создания на их основе широкого ассортиментного спектра рыбопродуктов.

Путем моделирования ингредиентного состава обоснованы новые и совершенствованы имеющиеся рецептурные композиции пищевых продуктов массового потребительского спроса с заданным соотношением эссенциальных веществ.

Разработаны биотехнологии максимального и дифференцированного использования продуктов разделки прудовых рыб в качестве основного сырья при произв