автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Обоснование технологий пищевых добавок из кукумарии (Cucumaria japonica) на основе комплексного использования сырья

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО РЫБОЛОВСТВУ ТИХООКЕАНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РЫБОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЦЕНТР (ТИНРО-ЦЕНТР)

На правах рукописи УДК 664.95:593.9

ТИМЧИШИНА Галина Николаевна

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПИЩЕВЫХ ДОБАВОК ИЗ КУКУМАРИИ (СиСММАША МРОМСА) НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЫРЬЯ

Специальность 05.18.04-Технология мясных, молочных и рыбных продуктов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н. Слуцкая Т.Н.

Владивосток - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 30

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 41

3.1. Техно-химическая характеристика кукумарии 41

3.2. Разработка методбв определения количества тритерпеновых гликозидов 51

3.3. Разработка технологии производства пищевых добавок из кукумарии 65

3.3.1. Технология термической обработки 65

3.3.2. Технология производства гидролизатов и сублимированной продукции 73

3.3.3. Применение гидролизатов из кукумарии в качестве лечебно-профилактической добавки к молочным и молочнокислым продуктам 103

3.3.4. Технология производства экстракта 111 ВЫВОДЫ 123 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 126 ПРИЛОЖЕНИЯ 154

\

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Съедобные голотурии Дальневосточного региона в большинстве своем представлены классом Holothurioidea. Промысловыми из них в настоящее время являются трепанг (Stichopus japónicas) и кукумария (Cucumaria japónica).

Исследования особенностей химического состава, структуры тканей этих голотурий, биологически активных веществ, проведенные И.П. Леванидовым, Т.Н. Слуцкой, Еляковым Г.Б., В.А. Стоником и другими, позволили сделать заключение о сходстве этих объектов промысла и возможности использования кукумарии наряду с трепангом при производстве пищевых продуктов.

Однако, в силу того, что запасы трепанга из-за нарушения условий целесообразного изъятия подорваны, и в настоящее время промысел его не ведется, большое значение приобретает кукумария, возможный вылов которой по прогнозам ТИНРО-центра составляет 18-20 тыс. тонн ежегодно.

На момент проведения настоящего исследования известны работы И.П. Леванидова, Т.Н. Слуцкой, З.П. Швидкой, Л.В. Шульгиной, которые позволили обосновать и разработать технологии производства из кукумарии пищевой продукции: консервов, кулинарии, пресно-, соленосушеной и др.

Общей операцией этих процессов является первичная (30-минутная) варка, которая позволяет уплотнить мышечную ткань кукумарии, и вторая варка (2,5-3 часовая), способствующая' размягчению тканей и приводящая к кулинарной готовности.

Отличительной особенностью и недостатком такой предварительной обработки является существенная потеря белков, минеральных веществ, гексозаминов и тритерпеновых гликозидов.

Стоит отметить, что технологии обработки не предусматривают использование внутренностей дальневосточной кукумарии, хотя известны работы по получению биологически активных веществ из внутренних органов, в частности - трубочек Кювьера голотурии Actinopyga agassizi (Nigrelli, 1960), отдельных кукумариозидов из внутренних органов Cucumaria japónica (Калинин, Левин, Стоник, 1994), сапонинов и каротиноидов из Cucumaria frondosa Баренцева моря (Толкачева и др., 1997).

Поэтому разработка технологий, позволяющих сохранить питательные и биологически активные вещества как мышечной ткани, так и внутренностей кукумарии, представляется актуальной.

Известные способы, позволяющие подойти к решению этой проблемы, основаны на гидролизе исходного материала, осуществляемого в жестких (применение кислот, щелочей при температуре 100 °С и выше) или в мягких условиях; последние осуществляются при температурах 35 - 45 °С, предполагают использование протеолитических и других ферментов и не приводят к заметным изменениям исходных свойств компонентов сырья, что в большей степени справедливо в отношении биологически активных веществ (Филатов, Чапыгина, Денп, 1968; Черногорцев, 1973)

Исходя из этого, можно полагать, что разработка способов ферментативного или другого воздействия на ткани кукумарии при условии сохранения питательных и биологически активных веществ позволит создать основу для рационального использования этого сырья.

Цель исследований. Целью настоящей работы явилось обоснование технологий производства пищевых добавок из кукумарии на основе комплексного использования сырья.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать техно-химические показатели мышечной ткани и внутренностей кукумарии.

2. Разработать методы количественного определения суммы тритерпеновых гликозидов в сырье, по стадиям технологической обработки и в готовой продукции.

3. Обосновать технологии термической и ферментативной обработки тканей кукумарии, предусматривающие сохранность питательных и биологически активных веществ: азотсодержащих соединений, микро- и макроэлементов, аминосахаров, гликозидов.

4. Обосновать возможность использования пищевых добавок из тканей кукумарии в производстве молочных и кисломолочных продуктов.

5. Обосновать технологию экстракции внутренностей кукумарии, позволяющую максимально использовать сырье и решить вопрос комплексной переработки данного объекта.

6. Провести медико-биологические и клинические испытания пищевых добавок из мышечной ткани и внутренностей кукумарии, а также определить степень их безопасности.

7. Установить условия и сроки хранения пищевых добавок.

Научная новизна. Научно обоснованы технологии производства пищевых добавок из мышечной ткани, внутренностей и неразделанной кукумарии, обеспечи-

вающие сохранение биологически активных и питательных компонентов с учетом комплексного использования сырья.

Выявлены особенности химического состава мышечной ткани и внутренностей, заключающиеся в более высоком содержании тритерпеновых гликозидов и гексозаминов во внутренностях, чем в мышечной ткани; показано, что в репродуктивных органах содержание гликозидов выше, чем в сумме внутренностей.

Впервые разработаны методы количественного определения суммы тритерпеновых гликозидов в сырье и готовой продукции, которые основаны:

- на изменении оптической плотности экстрактов из экспериментального материала после гемолиза;

- на высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с предварительным концентрированием и частичной очисткой от балластных веществ.

Показано влияние тепловой обработки на степень гидролиза белков (в том числе - коллагена), а также на содержание аминосахаров и гликозидов в готовой продукции.

Научно обоснованы параметры ферментативного гидролиза мышечной ткани, внутренностей и целой кукумарии.

Установлены рациональные условия максимального извлечения биологически активных тритерпеновых гликозидов из внутренностей кукумарии при спиртовой экстракции. Показана возможность использования спиртового экстракта из внутренностей и из гонад для консервирования гидролизатов из мышечной ткани кукумарии и повышения их биологической активности.

Выявлена возможность применения пищевых добавок из кукумарии, полученных по разработанной нами технологии, в лечебно-профилактических целях как регуляторов процессов воспроизводства, корректоров иммунной системы при па-

тологических нарушениях обмена, а также стимуляторов, повышающих работоспособность организма.

Показана совместимость в рекомендованных количествах гидролизатов из мышечной ткани и внутренностей кукумарии с молочными и кисломолочными продуктами и установлено эффективное повышение биологической активности этих продуктов.

Практическая значимость работы. Разработаны технологии получения гидролизатов из кукумарии, сублимированной продукции из кукумарии, спиртового экстракта из внутренностей кукумарии, обеспечивающие комплексное использование сырья и высокие лечебно-профилактические показатели продукции.

Разработаны рекомендации по применению гидролизатов из кукумарии как пищевой добавки в молочные и кисломолочные продукты.

Разработана и утверждена нормативная документация на технологию производства гидролизата и сублимированной продукции из кукумарии:

ТУ 9265-074-00472012-96 "Гидролизат из кукумарии";

ТИ №36-72-96 по изготовлению гидролизата из кукумарии;

Изменение № 1 к ТИ по изготовлению гидролизата из кукумарии № 36-72-96;

ТУ 9265-075-00472012-.96 "Продукция сублимированная из кукумарии";

ТИ №35-73-96 по изготовлению продукции сублимированной из кукумарии;

ТУ 9222-115-00472012-97 "Кефир "Бифилакт-К";

ТИ № 36-103-97 по изготовлению кефира "Бифилакт-К".

Разработаны проекты нормативной документации на сырье и спиртовый экстракт из внутренностей кукумарии:

"Внутренности кукумарии мороженые-полуфабрикат": ТУ, ТИ;

"Экстракт кукумарии ТИНГОЛ-2": ТУ, ТИ.

Реализация результатов исследований. Выпущены опытно-производственные партии гидролизата из кукумарии и спиртового экстракта из кукумарии на технологической базе ТОО "КОГР"(г. Владивосток) и на экстракционном предприятии ООО "Адонис-Прим" (п.Хрустальный, Приморский край, Кавалеровский район,).

Продукция получила одобрение на дегустационных совещаниях ТИНРО 19951998 гг.

Глава 1.

• ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Дальневосточная кукумария (Cucumaria japónica) относится к типу иглокожих (Echinodermata), классу голотурий (Holothurioidea), отряду древовидно-щупальцевых (Dendrochirotida), семейству Cticumariidae, подсемейству C.ucumariinae (Смирнов, 1984), Имеет тело округлое или вытянутое и амбулакральные ножки, которые располагаются преимущественно по радиусам; стенка тела обычно толстая, плотная. Движения тела осуществляется при участии жидкости полости тела и амбулакральной системы. Амбулакральные ножки выполняют функцию прикрепления.

Амбулакральная система представляет по сути гидравлическую систему, принимает участие в транспорте питательных веществ, выделении, дыхании.

Кукумария донное животное, питается органическим веществом- детритом и мелкими организмами, относится к раздельнополым животным, оплодотворение наружное, половые продукты выбрасываются в воду. Система половых органов представляет непарную ветвистую гонаду. Установить пол животного можно по цвету гонады. Гонады самцов - от белого до зеленого, самок - от розоватого до ярко оранжевого (Левин, Серебрицкий, Коробков, 1980; Вялов, 1977; Федотов, 1966; Филимонова, 1979; Левин, 1982; Fish, 1967, Калинин, Левин, Стоник, 1994).

Кукумария, обитающая в водах дальневосточных морей, имеет окраску от светло-коричневой до светло-желтой, масса животного составляет 350 - 600 г, но встречаются экземпляры массой более 1 кг (Кизеветтер, 1962).

По данным И.В. Кизеветтера (1962), Т.Н. Слуцкой (1971), выход съедобной части кукумарии (оболочки) составляет в процентах 33,7 - 48,6; щупальцев и внут-

ренностей - 27,5 - 42,6; полостной жидкости - 30,0 - 42,6. Какой-либо зависимости между массой оболочки и размером животного не установлено.

Несмотря на то, что в тканях кукумарии содержится небольшое количество липидов (Слуцкая, 1974), их роль и значение велико. Липиды кукумарии содержат все основные классы нейтральных липидов, фосфолипидов, проявляющих лечебные свойства. Жирнокислотный состав их уникален, т.к. представлен комплексом незаменимых кислот: линолевой, линоленовой, арахидоновой, а также кислотами, являющимися предшественниками биологически активных пррстагландинов и редко встречающимися полиеновыми кислотами, при этом степень окисления липидов невысока. В связи с этим есть все основания предположить, что они содержат мощные природные антиоксиданты (Савватеева, Маслова, Володарский, 1983).

Оболочка кукумарии сильно обводнена: содержание воды составляет 87,3 -88,3 % при количестве белка не превышающем 8,5 %; существенных различий в химическом составе в зависимости от времени вылова не обнаружено (Слуцкая, 1974). Количество водо-солерастворимых белков в мышечной ткани кукумарии не превышает 40 % к общему содержанию белков, которые на 60 % представлены коллагеном, что оказывает влияние на аминокислотный состав и пищевую ценность (Слуцкая, 1974). Результаты анализа аминокислотного состава белков кукумарии показывают, что по сравнению с белками рыб в них значительно меньше лизина, цистина, валина, лейцина, тирозина и триптофана, и в то же время больше глицина. Невысокая белковая ценность кукумарии подтверждается коэффициентом триптофан/оксипролин, составляющим 0,2 - 0,3 против 2,5 - 4,8 в белках наземных животных и 2,5 - 7,9 в белках рыб (Наседкина, Пахомова, 1972; Наседкина, Касья-ненко, Слуцкая, 1973). Исследование химического состава коллагена кукумарии позволило установить его сходство с коллагеном трепанга и обнаружить значи-

тельное содержание гексоз, которые, как предполагается, принимают участие в поперечном сшивании фибрил коллагеновых белков за счет гликозидных и эфирных связей (Слуцкая, 1976). Такое высокое количество гексоз в коллагене приводит к потере его растворимости и повышению по сравнению с другими белками температуры сваривания, что в свою очередь влияет на температуру тепловой коагуляции кукумарии, которая находится в пределах 75 - 80 °С (Райх, 1969; Слуцкая, 1976).

Высокое содержание в мясе кукумарии коллагена сопровождается наличием большого количества другого структурного элемента соединительной ткани - основного (межуточного) вещества, которое является местом локализации гликоза-миногликанов, относительное количественное содержание которых определяется по уровню гексозаминов (Слуцкая, 1977). Есть основания считать, что гексозамин-содержащее вещество кукумарии является хондроитинсульфатом (Motoshi.ro, 1960), количество которого достигает 3,6 % от массы сухой ткани, что приближается к таковому у хрящей акул (Слуцкая, 1974) и позволяет судить о физиологической активности объекта исследования (ЯоНшоп, 1970; Виноградова и др., 1998).

О широком распространении аминосахаров (в тканях рыб и беспозвоночных из аминосахаров обнаружены преимущественно производные' гексоз, так называемые гексозамины) в природе можно судить по весьма значительному перечню органов и тканей животных, рыб, беспозвоночных и человека, в которых было зафиксировано их присутствие. Наиболее полно с этой точки зрения охарактеризованы разные виды соединительной ткани.

Хотя имеются сведения о содержании аминосахаров в печени, легких, сердце, кровеносных сосудах, крови, мозге, почках, селезенке, тканях пищеварительного тракта, желчном пузыре, икре, слизи, молоках рыб, морских беспозвоночных,

животных и человека (Байдалинова, 1976; Гладышев, 1959; Зуев, Несис, 1971; Ки-зеветтер, 1973; Киселев, Мрочков, 1975; Лебедева, 1974; Minoru, Naoyuki, Shigeru, 1945; Sharon, 1965; Sutterliw, 1975; Wessler, Werner, 1957), количественное содержание гексозаминов в составе коллагенов морских беспозвоночных в 1,5-2 раза превосходит их содержание в коллагенах теплокровных. Высоким содержанием гексозаминов особенно отличаются ткани иглокожих. Содержание гексозаминов в последовательном ряду "двустворчатые и головоногие : ракообразные : иглокожие" в определенной степени подчиняется пропорции 1:3:6 (Сафронова, 1981).

Имеются многочисленные сведения о биологической активности препаратов гексозаминов. Замечено ингибирующее действие глюкозамина на образование опухолей (Bekesi J.G., Bekesi Е., Winzler, 1969; Bekesi J.G., Winzler, 1970), он применяется при лечении атеросклероза, гипертонической болезни. Глюкозамин способен усиливать всасывание тетрациклина, при этом уменьшается нежелательное действие антибиотика на печень (Николаева, Соболев, Молочаева, 1967; Bosmann, 1971) Также он оказывает стимулирующее действие на процессы кроветворения, а профилактическое введение благоприятно влияет на течение лучевой болезни (Шитикова, 1965). Гексозамины являются сильными ингибиторами некоторых вирусов гриппа. Экстракт глюкозаминогликанового комплекса способствует улучшению состояния больных с мозговыми васкулопатиями. Полисахариды, имеющие в своем составе 1 - 3 % гексозаминов, способны оказывать защитное действие при экспериментальном сепсисе. Некоторые производные гексозаминов оказывают значительное действие на содержание сахара в крови (Sanders, Smith, 1970).

Количество гексозаминсодержащих веществ, характеризуемое количеством гексозаминов в мышечной ткани кукумарии велико, о чем свидетельствуют данные, полученные Т.Н. Слуцкой (1974).

По сравнению с оболочкой животных во внутренностях кукумарии меньше белка, но больше липидов и углеводов. Несмотря на то, что содержание белков во внутренностях кукумарии невелико, они полноценны, о чем свидетельствует качественный состав их аминокислот. Во внутренностях кукумарии преобладают фе-нилаланин, триптофан, изолейцин, метионин. Внутренности полноценнее оболочки животных, так как соотношение триптофана и оксипролина в них около 2, что приближает их по полноценности к мясу наземных животных (Савватеева, Маслова, Володарский, 1983). Во внутренностях кукумарии найдены витамин А, каротин, витамин F. Минеральный состав в�