Влияние раствора хитозана в составе бинарного структурообразователя на активную кислотность пищевых белковых гелей

УДК 664.95

Влияние раствора хитозана в составе бинарного структурообразователя на активную кислотность пищевых белковых гелей

В.В. Кращенко, канд. техн. наук; Ю.В. Карпенко

Дальневосточный технический рыбохозяйственный университет, г. Владивосток Е.Д. Горячева, канд. техн. наук

Московский государственный университет пищевых производств Реферат

Преимущественное содержание белка в составе пищевых систем из водных биологических ресурсов (ВБР) обусловливает характер изменений продукта в процессе его технологической обработки и связано с денатурационными и гидратационными изменениями белка. Важным показателем, характеризующим состояние белка в пищевой полидисперсной системе, является изоэлектрическая точка (ИЭТ), которая определяет такие физико-химические, технологические и органолептические свойства как коагуляция и гидратация белка, количество несвязанного бульона или мясного сока, жесткую или рыхлую консистенцию продукта. Таким образом, определение ИЭТ белковых составляющих полидисперсной пищевой системы, а также исследование влияния входящих в рецептуру компонентов на активную кислотность является актуальной задачей. Исследованы ИЭТ белков мышечной ткани макруруса малоглазого, который использовался в качестве основного сырья при производстве кулинарных изделий, белка желатина, используемого в составе бинарного структурообразователя совместно с хитозаном, а также ИЭТ белковых обогатителей, видовой состав и соотношение к мышечной ткани макруруса малоглазого ранее были подобранны: горбуша, минтай, треска и кальмар. Показаны результаты измерения активной кислотности (рН) водных растворов бинарного структурообразователя желатин - хитозан. Исследовано влияние концентрации раствора хитозана в составе бинарного структурообразователя на рН образцов с мышечной тканью макруруса малоглазого, а также в образцах, в составе которых присутствовал один из белковых обогатителей. Выявлено, что уксуснокислый раствор хитозана в диапазоне от 0,5 до 2,0% изменяет рН образцов в кислую сторону, но не приближает это значение к области ИЭТ белков, следовательно, не оказывает отрицательного воздействия на их гидрофильные свойства и органолептические показатели.

Ключевые слова

активная кислотность; изоэлектрическая точка; желатин; макрурус мапоглазый; пищевая белковая система; структурообразователь; хитозан

Цитирование

Кращенко В. В. , Карпенко Ю.В., Горячева Е.Д. (2018) Влияние раствора хитозана в составе бинарного струк-турообразователя на активную кислотность пищевых белковых гелей // Пищевая промышленность. 2018. № 11. С. 82-85.

Effect of chitosan solution in the binary structurant on the active acidity of food protein gels

V.V. Kraschenko, Candidate of Technical Sciences; Ju.V. Karpenko, graduate student Far Eastern Technical Fisheries University, Vladivostok E.D. Gorjacheva, Candidate of Technical Sciences Moscow State University of Food Production, Moscow

Abstracts

The predominant protein content of food systems from aquatic biological resources determines the nature of the product changes during its processing and is associated with denaturation and hydration changes in the protein. An important indicator, characterized the state of protein in the food polydisperse system, is the isoelectric point (IET), which determines such physicochemical, technological and organoleptic properties as protein coagulation and hydration, the amount of unbound broth or meat juice, a hard or loose consistency of the product. Thus, the determination of the IET of the protein constituents of a polydisperse food system, as well as the investigation of the effect of constituents on the active ingredient, is an urgent task. The IET of muscle tissue of the giant grenadier, which was used as the main raw material in the production of culinary products, the gelatin protein used in the binary structure-forming agent together with chitosan, as well as the IET of protein concentrators, the species composition and the ratio of the giant grenadier picked: pink salmon, pollock, cod and squid was investigated. The results of measuring the active acidity (pH) of aqueous solutions of the binary structure-forming agent gelatin-chitosan are shown. The influence of the concentration of a solution of chitosan in the composition of a binary structure-forming agent on the pH of samples with a muscular tissue of a giant grenadier was studied, as well as in samples containing one of the protein enricher. It was found that the acetic acid solution of chitosan in the range from 0.5 to 2.0% changed the pH of the samples to the acid side, but did not bring this value closer to the field of IET proteins, therefore, did not adversely affect their hydrophilic properties.

Key words

active acidity; binary structure-forming agent; chitosan; food protein system; gelatin; giant grenadier; isoelectric point Citation

Kraschenko V.V., Karpenko Ju.V., Gorjacheva E.D. (2018) Effectofchitosan solution in the binarystructurant on the active acidityoffood protein gels // Food processing industry = Pishhevaja promyshlennost'. 2018. № 11. P. 82-85.

В настоящее время чтобы расширить ассортимент продуктов питания из водных биологических ресурсов (ВБР), которые занимают значительную долю в рационе питания населения, нужно привлечь в производство нетрадиционные и малоиспользуемые объекты промысла Мирового океана.

Рыбные кулинарные продукты широко востребованы на рынке как продукт высокой степени готовности со значительной пищевой ценностью и высокими органолептическими свойствами. Данный сегмент рыбной продукции представлен такими группами как натуральные и фаршевые кулинарные изделия, рыбомучная кулинария, супы и вторые блюда, пастообразные и продукты из икры и морепродуктов.

Заливные, студни, зельцы представляют собой структурированные дисперсные системы, характерным свойством которых является отсутствие текучести, достигаемое путем внесения структурообразующих агентов, создающих по всему объему продукта непрерывный пространственный каркас.

Традиционная технология заливных, студней и зельцев, относящихся к натуральным кулинарным изделиям, включает в себя несколько этапов длительной варки рыбного сырья и вспомогательных компонентов, подготовку готовых рецептурных компонентов и их сложное составление в единую смесь. Одной из обязательных операций в технологии рыбных студней является его под-кисление органическими кислотами, в частности, уксусной или лимонной кислотами, используемые как антиокислители, консерванты и регуляторы кислотности для стабилизации активной кислотности (рН) готового продукта и в процессе хранения, а также для придания продукту высоких органолептических свойств.

Значение активной кислотности или рН среды оказывает влияние на такие физико-химические свойства пищевой белковой системы как гидратация, степень набухания, реологические и органолептические показатели.

Как известно, белковая молекула, содержащая две полярные группы -основную и кислотную, может менять свою конфигурацию в зависимости от своего суммарного электрического заряда. Так, при определенном значении рН для каждого белка диссоциация кислотных и основных групп молекулы протекает эквивалентно, т.е. макромолекула белка имеет нейтральный суммарный заряд и неподвижна в электрическом поле. Противоположно заряженные ионы, испытывая сильное притяжение друг к другу, способствуют укорачиванию

белковой молекулы и скручиванию ее в плотный клубок, степень гидратации молекулы при этом минимальна. Вследствие этого, нейтрально заряженные молекулы белка агрегируют, и белок теряет растворимость. Такое состояние белка называется изоэлектрическим, а значение рН -изоэлектрической точкой (ИЭТ).

При изменении рН среды в ту или иную сторону от ИЭТ усиливается диссоциация основных или кислотных групп белка, увеличивается заряд белковой молекулы, повышается ее гидратация за счет преобладания отрицательного или положительного заряда [1]. Благодаря отталкиванию противоположно заряженных ионов, молекула белка разворачивается таким образом, что полярные группы белка становятся способны абсорбировать молекулы воды с образованием гидратной оболочки, что положительно сказывается на образовании устойчивого белкового геля [2].

Благодаря таким свойствам белковых молекул посредством изменения рН можно регулировать функционально-технологические свойства многих пищевых продуктов.

При использовании в рецептуре пищевого продукта компонентов, способствующих значительному изменению рН, вероятно попадание этого значения в область ИЭТ белков этой системы, что в свою очередь отрицательно сказаться на реологических и органолептических свойствах готового продукта. В ИЭТ происходит синерезис белкового геля, наблюдается его упрочнение с одновременным повышением его эластичности и упругости. При этом происходит сжатие структурной сетки геля, в результате чего гель выделяет значительную часть иммобилизованной жидкости и уменьшается в объеме [3].

Желатин является продуктом денатурации фибриллярного белка стро-мы коллагена и служит классическим структурообразователем, получившим широкое применение благодаря своим универсальным свойствам. В технологии продуктов из ВБР желатин используется в концентрациях от 2 до 10%, причем в наименьшей концентрации он применяется совместно с синергистами, примерами которых служат анионные и кати-онные полисахариды, гидролизаты, различные отвары растений наземного и морского происхождения [4].

Достаточно широкое применение в технологии рыбных продуктов получил хитозан, обладающий уникальными физико-химическими и биологическими свойствами. Хитозан относят к диетическим волокнам и получают из хитина панцирей кра-

ба и мелких ракообразных, грибов и насекомых путем деацетилиро-вания раствором щелочи. Высокомолекулярный хитозан нерастворим в воде, но хорошо растворяется в органических кислотах, приобретая при этом способность к сорбции тяжелых и радиоактивных металлов, жирных кислот, некоторых белков, углеводоровод и других органических веществ. Хитозан обладает барьерными свойствами и в комплексе с белками способен образовывать пространственные структуры [5].

В пищевых белковых гелях, состав которых представлен различными компонентами, ИЭТ будет определяться белком основного сырья, бинарного структурообразователя желатин - хитозан (БС), белковыми обогатителями, в качестве которых мы используем ранее подобранные по аминокислотному составу горбушу, минтай, треску и кальмар тихоокеанский.

При внесении БС, в составе которого хитозан представлен в виде уксуснокислого раствора, очевидно изменение рН образцов белковых гелей в кислую сторону. Для предотвращения появления синерезиса, снижения реологических и органолептических показателей готового продукта, целесообразным является определение рН экспериментальных образцов и его корреляция с ИЭТ входящих в состав белковых компонентов. Отсюда, целью данной работы явилось определение влияния введения раствора хитозана в составе БС на рН экспериментальных образцов. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: фракционирование белков мышечной ткани рыб, определение ИЭТ белков входящих в рецептуру образцов компонентов, а также измерение рН экспериментальных образцов белковых гелей.

В качестве объектов исследования рассматривали экспериментальные образцы, состав которых приведен в табл. 1. Образцы 1-4 представляли собой водные растворы БС в диапазоне концентраций раствора хитозана от 0,5 до 2,0%, что в сухих веществах (СВ) составляет от 0,01 до 0,04 г.

Порошкообразный хитозан предварительно растворяли в 1%-ой уксусной кислоте, продолжительность растворения при этом составляла 40 мин.

Образцы пищевых белковых гелей 5_8, к которым можно отнести рыбные студни, состояли из гомогенной мышечной ткани макруруса мало-глазого и БС.

В табл. 2 представлен состав образцов рыбных студней с белковыми обогатителями, количество которых рассчитано по методике, описанной

Таблица 1

Компонентный состав образцов, г/100 г образца

Компонент, г/100 г Номер образца

1 2 3 4 5 6 7 8

Вода питьевая 97,5 97,0 96,5 96,0 - - - -

МТ* макруруса - - - - 97,5 97,0 96,5 96,0

Желатин 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0

Раствор хитозана 0,5 1,0 1,5 2,0 0,5 1,0 1,5 2,0

* МТ - мышечная ткань

Таблица 2

Компонентный состав рыбных студней, г/100 г образца

Компонент, г / Номер образца

100 г 8.1 8.2 8.3 8.4

1 2 3 4 5

МТ макруруса 84,0 70,0 69,0 55,0

Желатин 2,0 2,0 2,0 2,0

Раствор хитозана 2,0 2,0 2,0 2,0

МТ горбуши 12,0 - - -

МТ трески - 26,0 - -

МТ минтая - - 27,0 -

Кальмар - - - 41,0

в работе [6]. Раствор хитозана взят в максимальном количестве из диапазона 0,5-2,0 мл.

Экспериментальные образцы 5~8, 8.1-8.3 готовили следующим образом: рыбное сырье размораживали, филетировали, подвергали грубому измельчению. Затем проводили кут-терование, в процессе которого вносили БС. Термическую обработку образцов осуществляли до достижения температуры в центре образца 72 "С.

При определении ИЭТ рыбное сырье предварительно подвергали гомогенизации и фракционированию, на этапе которого происходло разделение белковых фракций на водо-и солерастворимую. ИЭТ определяли адсорбционным методом [7].

Активную кислотность образцов контролировали на рН-метре марки рН-150МИ со стеклянным комбинированным электродом потенциоме-трическим способом. Перед проведением исследований все образцы

Номер образца Рис. 1. Динамика изменения рН водных растворов бинарного структурообразователя

отепляли до температуры 20 °С в соответствии с требованиями эксплуатации прибора.

Макрурус малоглазый относится к низкобелковым рыбам, содержание белка в котором составляет 7_9%. Белковые вещества мышечной ткани представлены водорастворимой фракцией в количестве 15,4% от общего количества белка, со-лерастворимой - 19,8% и белками сарколеммы. К водорастворимым белкам макруруса относят актомио-зин, миозин, актин, актинин, причем соотношение белков миозин/актин, характеризующее физиологическую и метаболическую активности, достаточно низкое и свойственное малоподвижным объектам [8].

Как показали исследования, значение рН в ИЭТ водорастворимой и солерастворимой фракций белков мышечной ткани макруруса составило 4,4. ИЭТ 2%-ого водного раствора желатина составила 5,6. Значение рН 2%-ого раствора хитозана в 1%-ой уксусной кислоте было определено и составило 4,75. Данные значения будут учитываться в дальнейших исследованиях по установлению влияния вносимого раствора хитозана на изменение активной кислотности экспериментальных образцов. Зависимость рН от содержания раствора хитозана в составе БС в экспериментальных образцах представлены на рис. 1.

В ходе исследования определена линейная зависимость показателя рН от количества вносимого раствора хитозана в составе бинарного структурообразователя.

Как видно из рис. 1, значение рН обратно пропорционально содержанию раствора хитозана в образцах. Это объясняется тем, что высокомолекулярный хитозан, используемый в составе БС, является кислоторастворимым, и чем больше его раствора содержится в образце, тем ниже значение показателя рН и соответственно выше кислотность. Выявлено, что исследуемые значения концентрации вносимого раствора хитозана не сдвигают показатель рН системы в область ИЭТ.

На рис. 2 представлена зависимость показателя рН от содержания раствора хитозана в образцах с мышечной тканью макруруса малогла-

зого до и после термической обработки (ТО).

В результате исследования выявлено, что с увеличением содержания раствора хитозана показатель рН образцов на основе мышечной ткани макруруса снижается, но не сдвигается в область ИЭТ белков желатина и макруруса.

Определено, что показатель рН измельченной мышечной ткани макруруса до и после термической обработки составил соответственно 7,12 и 7,16. Это обуславливает повышение показателя рН в образцах на основе мышечной ткани рыбы по сравнению с водными растворами БС, который содержится в образцах в эквивалентных количествах.

Известно, что значение рН рыбных и мясных систем зависит от многих параметров, одним из которых является степень измельчения. На степень измельчения в свою очередь может повлиять на особое строение мускулатуры макруруса малоглазого, которая состоит из красных и белых мышц, незначительно отличающихся по химическому составу и имеющих различную растворимость белков. Более высокое недетерминированное содержание красных мышц в составе образца, вероятно, объясняет некий «пик» значения показателя рН образца б до ТО, который в этой точке составляет 7,07 ед.

При сравнении значений рН образцов до и после ТО видно, что рН образцов после ТО несколько повышается и в среднем это увеличение составляет 0,03 ед. Это связано с изменением конфигурации белковых молекул при ТО, а именно их денатурация, которая приводит к снижению заряда ионогенных групп и, как следствие, к изменению показателя рН.

В табл. 3 представлены результаты исследования ИЭТ белков-обогатителей рыбных студней.

Как видно из приведенных данных, значения ИЭТ белков-обогатителей находятся к кислой области, а значит при образовании гелевой структуры для обеспечения высоких органолеп-тических показателей (консистенция, вкус) продукта, значение рН рыбного студня должно быть выше данных значений ИЭТ белков-обогатителей.

На рис. 3 представлены показатели рН рыбных студней с использованием белковых обогатителей, зафиксированные после ТО.

В результате эксперимента определены показатели рН рыбных студней с использованием белковых обогатителей. Как видно из рис. 3, наименьшим значением рН обладает студень с кальмаром. Выявлено, что использование наибольшего количества рас-

—7тЭ7—

V  -0,015х + 7,08

7,03

7.08 7.06 7.04

х 7.02 "

6.98 6.96

5 6 7 8

Номер образца

Рис. 2. Зависимость активной кислотности образцов рыбных студней с мышечной тканью макруруса от содержания раствора хитозана в них

-до ТО послеТО

V = -0,02х + 7,06

6,97

6.9 6,8 6.7 ^ 6.6 6.5 6.4 6,3

Рис. 3. Показатели активной кислотности рыбных студней с белковыми обогатителями

Таблица 3 ИЭТ белков-обогатителей

Белковый компонент Значение ИЭТ

Горбуша 5,3

Треска 5,2

Минтай 5,0

Кальмар 4,7

твора хитозана из диапазона 0,5-2,0 мл, не оказывает значительного влияния на pH образцов, следовательно, не приближает его к области изоэлек-трической точки белков компонентов рецептуры.

Таким образом, при использовании уксуснокислого раствор хитозана в количествах, не превышающих 2,0 мл, не происходит снижения гидрофильных свойств белков рецептурных компонентов. Следовательно, реологические и органолептические характеристики рыбных студней не снижаются при внесении раствора хитозана в составе бинарного структурообразователя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мурашев, C.B. Влияние солей сильных электролитов на гидратацию и изо-электрическую точку белков/С.В. Мурашев, М.Г. Кострова // Научный журнал НИУ ИТМ0. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». СПб: Изд-во Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, 2014. - №2. - С. 17-22.

2. Бугаец, H.A. Влияние pH среды на структурно-реологические свойства растворов структурообразователей поли-сахаридной и белковой природы/Н.А. Бугаец, М.Ю. Тамова, И.А. Бугаец // Новые технологии. - 2012. - №4. - С. 15-18.

3. Сокирянский, Ф.Л. Кулинарная наука, или научная кулинария/Ф.Л. Соки-

рянский, И.И. Лазерсон. - Центрполи-граф, 2012. - 288 с.

4. Маклакова, A.A. Реологическое поведение гелей желатина с добавками анионного полисахарида/А.А. Маклакова [и др.] // Известия КГТУ. - 2012. -№25. - С. 90-97.

5. Кращенко, В. В. Практика использования полиэлектролитных комплексов хитозана в технологии пищевых продуктов из водных биологических ресурсов/В.В. Кращенко, С.Н. Максимова, Г.Н. Ким // Материалы IV Международного морского форума. - Калининград. -2016. - С. 1382-1386.

6. Карпенко, Ю.В. Моделирование состава рыбных студней по биологической ценности/Ю. В. Карпенко. - Инновационные и современные технологии пищевых производств: материалы Международной научно-технической конференции. - Владивосток: Дальрыб-втуз, 2013. - 75-79 с.

7. Гафуров, Ю.М. Дезоксирибону-клеазы. Методы исследования и свой-ства/Ю.М. Гафуров. - Владивосток: Дальнаука, 1999. - 230 с.

8. Дроздова, Л. И. Биохимическая характеристика мышечной ткани глубоководных рыб как источника свободных аминокислот и биогенных пептидов/Л.И. Дроздова [и др.] // Известия ТИНР0. - 2007. - Т. 150. - С. 383-390.

9. Мурашев, C.B. Зависимость свойств фарша баранины от степени измельчения сырья/С.В. Мурашев, Б.М. Курба-нов // Научный журнал НИУ ИТМ0. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. - 2014. - №2. - С. 16-20.

REFERENCES

1. Murashev, S.V. Vlijanie solej siL'nyh jelektrolitov na gidrataciju i izojelek-tricheskuju tochku belkov/S.V. Murashev, M.G. Kostrova // Nauchnyj zhurnal NIU ITM0. Serija «Processy i apparaty pishhevyh proizvodstv». SPb: Izd-vo Sankt-Peterburgskogo nacional'nogo

issledovatel'skogo universiteta informa-cionnyh tehnologij, mehaniki i optiki, 2014. - №2. - S. 17-22.

2. Bugaec, N.A. Vlijanie rN sredy na strukturno-reologicheskie svojstva rastvo-rov strukturoobrazovatelej polisaharidnoj i belkovoj prirody/N.A. Bugaec, M.Ju. Ta-mova, I.A. Bugaec // Novye tehnologii. -2012. - №4. - S. 15-18.

3. Sokirjanskij, F.L. Kulinarnaja nauka, ilinauchnaja kulinarija/F.L. Sokirjanskij, I.I. Lazerson. - Centrpoligraf, 2012. - 288 s.

4. Maklakova, A.A. Reologicheskoe pov-edenie gelej zhelatina s dobavkami anion-nogo polisaharida/A.A. Maklakova [i dr.] // Izvestija KGTU. - 2012. - №25. - S. 90-97.

5. Krashhenko, V.V. Praktika ispol'zovanija polijelektrolitnyh kom-pleksov hitozana v tehnologiipishhevyh produktov iz vodnyh biologicheskih resur-sov/V.V. Krashhenko, S.N. Maksimova, G.N. Kim // Materialy IV Mezhdunarod-nogo morskogo foruma. - Kaliningrad. -2016. - S. 1382-1386.

6. Karpenko, Ju.V. Modelirovanie sosta-va rybnyh studnej po biologicheskoj cen-nosti/Ju.V. Karpenko. - Innovacionnye i sovremennye tehnologiipishhevyh proizvodstv: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. -Vladivostok: Dal'rybvtuz, 2013. - 7579 s.

7. Gafurov, Ju.M. Dezoksiribonukleazy. Metody issledovanija i svojstva/Ju.M. Gafurov. - Vladivostok: Dal'nauka, 1999. -230 s.

8. Drozdova, L.I. Biohimicheskaja harak-teristika myshechnoj tkaniglubokovodnyh ryb kak istochnika svobodnyh aminokislot i biogennyh peptidov/L.I. Drozdova [i dr.] // Izvestija TINR0. - 2007. - T. 150. -S. 383-390.

9. Murashev, S.V. Zavisimost' svojstv farsha baraniny ot stepeni izmel'chenija syrja/S.V. Murashev, B.M. Kurbanov // Nauchnyj zhurnal NIU ITM0. Serija: Processy i apparaty pishhevyh proizvodstv. -2014. - №2. - S. 16-20.

Авторы

Кращенко Виктория Владимировна, канд. техн. наук, Карпенко Юлия Валериевна, аспирант

Дальневосточный технический рыбохозяйственный университет, 690091, г. Владивосток, ул. Светланская, д. 27 Горячева Елена Давидовна, канд. техн. наук

Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, goryachevaed@mgupp.ru

Authors

Kraschenko Viktonja Vtadimirovna, Candidate of Technical Sciences Karpenko Julia Valerievna, graduate student

Far Eastern Technical Fisheries University, Vladivostok, 690091, Vladivostok, Svetlanskaya str., 25

Gorjacheva Elena Davidovna, Candidate of Technical Sciences

Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamsk Highway,

Moscow, 125080, goryachevaed@mgupp.ru