Особенности использования антиоксидантов при посоле филе форели путем регулируемого инъектирования

Введение. Радужная форель обладает высокими потребительскими свойствами, что делает ее одной из самых востребованных среди пород лососевых рыб на продовольственном рынке. Химический состав радужной форели отличается содержанием полноценного легкоусвояемого белка, полиненасыщенных жирных кислот, в т. ч. семейства омега-3; жирорастворимых витаминов А, D, E, водорастворимых витаминов группы В; микроэлементов: калия, селена, цинка, магния, железа, натрия, фосфора и др. [1, 2].

Форель из аквакультуры уверенно завоевывает свою нишу в потребительской корзине населения как доступный и качественный продукт с высокой пищевой ценностью. Стоит отметить, что цены на радужную форель ниже, а цвет мякоти, вкусовые характеристики и слой внутри- мышечного жира существенно не отличаются от дикого и культивируемого лосося [3].

Форель часто используется для приготовления широкого ассортимента блюд и изделий на предприятиях общественного питания и в домашних хозяйствах как продукт здорового питания [4, 5].

Сохранение свежести рыбного сырья осуществляется с помощью низкотемпературных технологий. Мышечная ткань может сохранять свежесть в процессе посмертного окоченения, в то время как по мере устранения трупного окоченения мышцы размягчаются, а свежесть снижается. Существует взаимосвязь между свежестью и состоянием мышечного белка. Значительная часть белков расщепляется протеолитическими ферментами с образованием аммиака и азотистых соединений, что негативно влияет на их безопасность и вкусовые качества [6]. Радужную форель чаще реализуют в охлажденном или слабосоленом виде [7].

По сравнению с говядиной, бараниной, свининой, рыбные тушки содержат меньше соединительных тканей, а мышечные ткани рыб сильно обводнены, за счет чего лучше усваиваются организмом. С другой стороны, это делает их склонными к гидролизу мышечных белков и их окислительной порче.

Воздействие антиоксидантов сводится к их реакции с кислородом или кислородсодержащими радикалами, благодаря чему химическое взаимодействие последних с пищевым продуктом замедляется. Процессы окисления протекают при производстве и хранении и особенно выражены для продуктов с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот, окисление которых приводит к прогорканию и образованию неприятного запаха и привкуса. Контролировать процесс автоокисления липидов можно с помощью синтетических антиоксидантов, однако в настоящее время все чаще используют натуральные антиокислительные добавки [8, 9].

На предприятиях по переработке рыбы используется целый ряд противомикробных препаратов. Это химические соединения, которые добавляются для замедления роста или уничтожения микроорганизмов в рыбе во время переработки, хранения и реализации [8]. Важно отметить, что нередко синтетические противомикроб-ные препараты и антиоксиданты ассоциируются с токсичностью, канцерогенностью и проблемами со здоровьем. Поэтому использование их строго регламентируется. В последние годы интерес населения к натуральным продуктам, не содержащим добавленных химикатов, постоянно растет. Таким образом резко усиливается потребительская и промышленная ориентация в сторону использования противомикробных препаратов и антиоксидантов, полученных из природных источников [9].

В связи с вышеизложенным для производителей существует острая необходимость в поиске натуральных противомикробных и антиокис-лительных добавок для обеспечения безопасности пищевой продукции с пролонгированными сроками годности [10]. Некоторые технологии, такие как инкапсуляция этих добавок для продления стабильности и использования в качестве системы доставки, могут быть полезны для по- вышения эффективности вышеупомянутых добавок [11].

Разложение рыбы – сложный механизм, который запускается сразу после того, как рыба выловлена, погибает или забивается. Порча рыбы протекает по-разному в зависимости от условий обработки и хранения. После смерти рыбы активируются эндогенные ферменты и микроорганизмы, что приводит к разложению тканей рыбы. Существует два вида порчи рыбы, которые приводят к серьезным потерям: микробиологическая и окислительная [12].

Микробиологическая порча отражает фактическую порчу, связанную с потерей качества и безопасности рыбы. Рыба содержит большое количество воды (60–80 %), свободных аминокислот, в частности с нейтральным посмертным рН, что способствует росту как грамположи-тельных, так и грамотрицательных бактерий, особенно при неблагоприятных условиях хранения, таких как высокая температура или обращение, приводящее к физическому повреждению [13].

Свежевыловленная рыба обсеменена большим количеством микроорганизмов, присутствующих на коже, жабрах и в кишечнике рыбы. Однако после гибели рыбы некоторые из этих микроорганизмов, называемых специфическими организмами порчи, проникают в толщу мышц рыбы, вызывая разложение, вырабатывая протеолитические, липолитические и гидролитические ферменты, придающие рыбе неприятные вкус и запах [14].

Микроорганизмы в процессе своего роста используют молочную кислоту и небелковые азотистые соединения, в частности триметила-мин-оксид, который в изобилии содержится во всех видах морских и некоторых пресноводных рыб. Бактерии расщепляют триметиламин-оксид, образуя летучие соединения, в т. ч. общий летучий азот, состоящий из диметиламина, триметиламина и аммиака, что приводит к появлению неприятных запахов и неприемлемости для потребителей. Триметиламин используется в качестве индикаторов брака с различными предписанными ограничениями. Как правило, предельное содержание триметиламина в форели составляет около 30 мг/100 г. Известно, что триметиламин усиливает выраженный рыбный запах при длительном хранении рыбы [15, 16].

Антимикробные препараты и антиоксиданты замедляют рост и развитие микроорганизмов и протекание окислительных процессов. Эти добавки должны быть недорогими, нетоксичными и не изменять вкус готовой рыбной продукции. Антимикробные препараты могут инактивировать микроорганизмы путем электростатического взаимодействия с клеточной мембраной, липидами и другими способами воздействия, приводящими к гибели клеток [17]. Различные способы действия различаются в зависимости от типов противомикробных препаратов. Некоторые исследователи предлагают подкислять цитоплазму клеток, инициируя их кислотоустойчи-вость и системы реагирования на стресс с помощью органических кислот и их производных. Такие кислоты, как уксусная кислота и ацетаты, влияют на экспрессию генов. Бензойная кислота и бензоаты вызывают протекание окислительных процессов в клетках, в то время как молочная кислота и лактаты препятствуют клеточному метаболизму, накапливая кислоту и нарушая функцию мембран. Сорбиновая кислота и сорбаты могут диссоциировать, образуя слабые кислоты, которые подавляют активность прорастания спор и рост микроорганизмов в более низких концентрациях (< 0,3 %), вызывая подкисление внутриклеточных компонентов и нарушая катаболические пути. Некоторые перечисленные синтетические антиокислители и противомикробные препараты запрещены в пищевой промышленности из-за отрицательного действия на живой организм, так как их повышенные концентрации могут вызывать разрушение клеток [18].

В отличие от синтезированных химическим способом, антиоксиданты и противомикробные препараты, полученные из природных источников, содержат несколько фитокомпонентов, обычно фенолы, которые обладают антимикробными свойствами, варьирующимися в зависимости от механизма действия. Известно, что фенольные соединения снижают протонную движущую силу, тем самым ингибируют синтез аденозинтрифосфата (АТФ) и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), вызывая гибель микробных клеток. Так, коричный альдегид, содержащийся в корице, подавляет рост микроорганизмов, нарушая активность ферментов, а тимол и карвакрол – фенольные соединения пряной травы душицы (орегано) способны разрушать фосфолипидный слой, что приводит к повышению прони- цаемости и потере клеточных компонентов. Фитокомпонент эвгенол, содержащийся в пряности гвоздике, предотвращает ряд нежелательных метаболических процессов [19, 20].

Антиоксиданты натурального происхождения приобретают все большее значение из-за способности увеличивать срок хранения, сохранять питательные вещества и обеспечивать преимущества для здоровья. Антиоксидантная активность соединений классифицируется на основе реактивности антиоксиданта по отношению к свободным радикалам и стехиометрического показателя (количество нейтрализованных свободных радикалов на молекулу антиоксиданта), жирорастворимости (способность антиоксиданта достигать места образования свободных радикалов) и вторичных реакций (способность образующихся вторичных свободных радикалов нейтрализоваться).

Изучение природного биологически активного флавоноида дигидрокверцетина (C 15 H 12 O 7 ) показало ряд его антибактериальных свойств. Так, дигидрокверцетин препятствует адгезии и колонизации золотистым стафилококком пластиковой поверхности [21]. Дигидрокверцетин обладает сходными фармакологическими эффектами с вышеупомянутыми флавоноидами, но обладает более высокой антиоксидантной активностью, что тесно связано с его фенольными гидроксильными группами. Он широко распространен, поэтому его технологическая ценность постепенно становится общепризнанной.

Известно, что дигидрокверцетин состоит из двух фенильных групп A- и B-кольца, которые соединены гетероциклическим кольцом (C-кольцо) [21, 22]. 5- и 7-ОН-группы, присутствующие в А- и С-кольцах, выполняют функцию 4-оксо, что позволяет дигидрокверцетину оказывать мощное поглощающее действие на свободные радикалы. Кроме того, сильные свойства дигидрокверцетина обусловлены его сопряженной структурой и резонансной стабильностью двух фенольных колец [23]. Существует прямая связь между количеством гидроксильных групп, присоединенных к ароматическому кольцу, и антиоксидантной активностью молекулы.

Комплексная структура обеспечивает разнообразные фармакологические свойства ди-гидрокверцитина, наиболее важными из которых для целей данной работы являются антиоксидантные и антимикробные характеристики.

Слабосоленая радужная форель, будучи высокопитательным продуктом с большим содержанием жира и влаги, относится к категории скоропортящихся продуктов. Ее порча обусловлена активностью микроорганизмов и химическими реакциями, в частности окислением липидов, что ведет к снижению качества и рыночной стоимости. Микробиологическое и липидное разрушение рыбной продукции не только уменьшает ее пищевую ценность, но и представляет потенциальную угрозу для здоровья человека. В связи с растущим спросом на безопасные рыбные продукты, поиск альтернативных методов консервации без использования химических добавок приобретает особую актуальность [24, 25].

Натуральные соединения, обладающие антимикробными и антиоксидантными свойствами, такие как флавоноид дигидрокверцетин, являются перспективной альтернативой. Данное вещество эффективно подавляет рост микроорганизмов, вызывающих порчу рыбы, а также замедляет процесс окисления жиров. Дигидрокверцетин, благодаря своей способности ингибировать механизмы микробной и окислительной порчи, может быть использован для продления срока годности рыбной продукции, в т. ч. слабосоленой радужной форели, сохраняя при этом ее органолептические характеристики и питательную ценность [26].

Эффективность применения дигидрокверцетина зависит от качества исходного сырья, технологических параметров производства, методов упаковки и условий хранения.

Цель исследования - изучить влияние натурального антиоксиданта дигидрокверцитина в составе посолочной смеси на формирование показателей качества слабосоленой форели радужной из аквакультуры путем регулируемого инъектирования.

Объекты и методы. Влияние внесения антиоксидантных композиций в посолочную смесь изучали в соответствии с технологической схемой выработки экспериментальной партии слабосоленой форели радужной из аквакультуры. На первом этапе механическую обработку (тримминг) рыбы производили ручным способом на разделочных досках.

На следующем этапе подготовленное филе подвергали комбинированному посолу, включающему регулируемое инъектирование и до- саливание. Затем филе помещали в камеру для созревания не менее, чем на 12 ч, при температуре (2 ± 2) °С.

Следующий этап включал нарезку рыбы на куски, дозирование и упаковывание с помощью вакуума на термоформовочной линии «Мультивак». Готовую продукцию «Форель слабосоленая филе-кусок» помещали в холодильную камеру при температуре (2 ± 2) °С и хранили в течение 21 сут.

Через каждые 7 сут в образцах слабосоленой форели определяли: массовую долю влаги -по ГОСТ 7636-85; массовую долю хлористого натрия (NaCl, %) - аргентометрическим методом; массовую долю жира - экстракционным методом в аппарате Сокслета. Активную кислотность -по ГОСТ 31795-2012. Азот летучих оснований (АЛО, мг/кг) определяли по ГОСТ 31795-2012. Активность воды (Аw) измеряли на установке HygroLab 2 с программным обеспечением HW3. Массовую долю общего белка (%) определяли методом Кьельдаля по ГОСТ 7636. Степень созревания рыбы анализировали путем определения буферности (град.) по ГОСТ 19182-89. Микробиологические показатели определяли по стандартным методикам. Органолептические показатели сырья, полуфабрикатов и готовой продукции оценивала дегустационная комиссия предприятия-изготовителя с использованием балльных шкал по ГОСТ 7631-2008.

Для изучения влияния антиоксидантов на показатели качества форели слабосоленой использовали два вида добавок: дигидрокверцитин (ДК) и комбинацию дигидрокверцитина и аскорбиновой кислоты (ДК+АК). Концентрация пищевых добавок в посолочной смеси составляла 0,02 % (в соответствии с общими рекомендациями производителя добавки и ТР ТС 029/2012). Отношение массы инъектируемого тузлука в мышечную ткань рыбы варьировали от 10 до 20 % с шагом в 5 % к массе полуфабриката до инъектирования.

Для повышения однородности тузлука с добавленными антиоксидантами использовали автоматический дозатор, усовершенствованный наличием впускного и выпускного клапанов с размещением в них источников ультразвуковых колебаний, инициирующих эффекты кавитации для обеспечения гомогенности дозируемой для инъектирования смеси рецептурных компонентов (рис. 1).

Рис. 1. Усовершенствованный дозатор для инъектирования Improved dispenser for combined brine

Дозатор тузлука для инъектирования содержит резервуар 1 с впускным и выпускным отверстиями 2, снабженный датчиком уровня 3 и впускным 9 и выпускным 12 клапанами, на которые периодически опираются верхний и нижний шарики 6, жестко соединенных с вертикально установленным якорем 4, взаимодействующим с катушкой управления 7, а впускной 9 и выпускной 12 клапаны выполнены в виде верхней и нижней полых втулок с продольными сквозными прямоугольными проточками по всей высоте втулок, при этом ширина проточки равна величине а = (0,45–0,55)·D, где D – внешний диаметр соответственно, верхней или нижней втулок, а на внутренних плоскостях проточек имеющих большую ширину и обращенных в сторону дозируемого тузлука, размещены две пары магнитострикторов, в виде вертикальных полос 13, установленных друг напротив друга, с расстоянием между полосами b = (1/3)·H, где Н – ширина большей стороны прямоугольных проточек соответственно, верхней и нижней втулок, и на таком же расстоянии до боковых поверхностей проточек. Датчик уровня при этом выполнен в виде диска 3 из материала более низкой плотности, чем дозируемая жидкость, и установлен с зазором относительно корпуса резервуара 1. На верхней и нижней его плоскостях установлено по два диаметрально противоположных концевых микровыключателя 11, с возможностью контактирования с аналогичными микровыключателями 10, установленными на верхней и нижней крышках резервуара со стороны дозируемого тузлука, при этом отрезок якоря 8 выше верхнего клапана, выполнен из ферромагнитного материала и размещен внутри катушки управления 7.

Работает автоматический дозатор тузлука для инъектирования следующим образом. При подаче внутрь резервуара 1 через впускное отверстие 2 тузлука в виде, например, смеси рассола и пищевых добавок дигидрокверцитина и аскорбиновой кислоты в начальный момент времени подаваемое на управляющую катушку 7 электропитание, включенное замкнутыми микровыключателями 5 и 11, удерживает вертикально установленный якорь 4 в крайнем нижнем положении, которое обеспечивает совмест- ную работу верхнего и нижнего впускного и выпускного шариков 6 таким образом, что поступающая в резервуар 1 по специальному трубопроводу смесь беспрепятственно проходит в него благодаря открытому верхнему 9 и перекрытому нижнему 12 клапанам. В это же время подается питание на магнитострикторы 13 верхнего 9 клапана, которые возбуждают ультразвуковое поле, инициирующее кавитационные эффекты в поступающей через впускное отверстие 2 дозируемой смеси. Достигаемой нескольких десятков атмосфер мгновенное давление внутри мельчайших частичек газа в смеси гомогенизирует смешиваемые ингредиенты. По мере заполнения резервуара 1 жидким продуктом, начинает всплывать диск 3, выполненный из материала с более низкой плотностью, чем подаваемая смесь жидких продуктов. В это время электропитание на управляющей катушке 7 остается без изменения. По мере всплывания диска 3 тузлук перетекает из верхней части корпуса 1 в нижнюю часть, постепенно ее заполняя. Этот процесс длится до тех пор, пока не смыкаются микровыключатели 11, установленные на диске 3 на его верхней поверхности с миковыключателями 10, установленными на корпусе резервуара 1 и обращенные навстречу перемещающемуся диску. При замыкании этих концевых микровыключателей меняется направление тока на управляющей катушке 7, вследствие чего отрезок якоря 8 втягивается внутрь управляющей катушки 7. Одновременно с этим происходит запирание входного отверстия 2 резервуара 1 и открытие выпускного клапана 12 для опорожнения резервуара. В это же время включаются магнитострикторы 13 выпускного клапана 12 и происходит возбуждение ультразвукового поля, инициирующего кавитационные эффекты в удаляемой через выпускное отверстие 2 дозируемой смеси с дополнительной ее гомогенизацией. По мере убывания жидкого продукта диск 3 опускается вниз, но полюса управляющей катушки не дают возможности перемещаться якорю 4 и обеспечивают полное истечение отмеренной дозы. В момент замыкания концевых микровыключателей 11, установленных на нижней поверхности диска 3, и микровыключателей 10, обращенных внутрь резервуара 1, меняются полюса управляющей катушки 7, после чего якорь 4 перемещается вниз, запирая нижнее выпускное отверстие 2, и открывает впускное отверстие во впускном клапане 9. Далее процесс повторяется.

Как показали испытания, в предлагаемом техническом решении однородность дозируемого тузлука с дополнительными ингредиентами исключает при инъектировании существенную разницу составов тузлука, подаваемых в разные иглы, что позволяет избежать порчи и других негативных последствий по всему объему обрабатываемого сырья.

Полученный материал обработан общепринятыми методами математической статистики с использованием программы Statistica 10 и MS Excel.

Результаты и их обсуждение . Для изучения динамики показателей качества слабосоленой форели в зависимости от добавки антиоксидантов в посолочную смесь, внесенной в мышечную ткань рыбы путем регулируемого инъектирования, определяли: активность воды (Аw), активную кислотность (рН), массовую долю азота летучих оснований, массовую долю белковых веществ, массовую долю воды, массовую долю жира, массовую долю соли пищевой.

Анализ динамики выбранных показателей качества проводили графическим методом с помощью специально построенных лепестковых диаграмм (рис. 2–4). Для обеспечения сопоставимости показателей динамики каждого из изучаемых параметров исходную таблицу полученных данных нормализовали путем деления, полученного в процессе хранения значения, на его «фоновое» значение (1), то есть величину соответствующего параметра, характеризующего его значения у образца, закладываемого на хранение. Такую процедуру проводили для трех групп образцов:

– с традиционным составом ингредиентов (контроль) (см. рис. 2);

– с добавлением дигидрокверцетина (ДК) (см. рис. 3);

– с добавлением дигидрокверцетина и аскорбиновой кислоты (ДК+АК) (рис. 4).

В случае анализа контрольных образцов в результате проведенных экспериментов для наиболее важных характеристик получили лепестковую диаграмму (рис. 2).

Рис. 2. Динамика изменения потребительских свойств контрольных образцов Dynamics of changes in consumer properties of samples

Для второй группы образцов филе радужной слабосоленой в состав тузлука добавляли антиоксидант в виде дигидрокверцетина в соот- ветствии с ТР ТС 029/2012. Соответствующие результаты испытаний приведены на лепестковой диаграмме (рис. 3).

Рис. 3. Динамика изменения потребительских свойств образцов (с добавкой дигидрокверцетина) Dynamics of changes in consumer properties of samples (with added dihydroquercetin)

Экспериментальные образцы третьей группы приготавливались точно так же, как второй, но кроме дигидрокверцетина в тузлук добавлялась аскорбиновая кислота. Вместе с тем, как и у предыдущей группы образцов, выполнялось условие, при котором общая концентрация пи- щевых добавок в рассоле составляла 0,02 % (в соответствии с рекомендациями производителя добавки и ТР ТС 029/2012). Результаты определения показателей качества образцов приведены на рисунке 4.

Рис. 4. Динамика потребительских свойств образцов (с добавкой дигидрокверцетина и аскорбиновой кислоты) Dynamics of changes in consumer properties of samples (with added dihydroquercetin and ascorbic acid)

Показатель «активность воды» является важным параметром, определяющим устойчивость пищевых продуктов к порче и влияющим на их срок годности. Согласно представленным диаграммам, активность воды в исследуемых образцах практически не изменяется, независимо от типа используемой посолочной смеси. Это наблюдается как в контрольных образцах, так и в образцах с добавлением ДК и их комбинации с АК. Аналогично, показатели активной кислотности во всех образцах слабосоленой форели демонстрируют схожую динамику в ходе холодильного хранения. Наиболее заметно колебание в процессе хранения от наличия антиоксидантов массовой доли азота летучих оснований (АЛО). Снижение АЛО говорит о торможении развития микроорганизмов и потенциале увеличения сроков годности продукта. Доля белковых веществ значительно изменяется в процессе хранения во всех образцах слабосоленой форели. Максимальное уменьшение этого показателя наблюдается в экспериментальных образцах после 21 дня хранения. Практически все лепестковые диаграммы в процессе холодильного хранения отражают некоторое снижение массовой доли жира в образцах сла- босоленой форели с добавлением антиоксидантов.

По результатам исследований видно, что физико-химические и микробиологические показатели оказались благоприятнее у рыбной продукции с добавлением дигидрокверцетина по сравнению с контрольными образцами, выработанными по стандартам предприятия. Это свидетельствует, что продукция, обработанная дигидрокверцетином, сохранилась в лучшем состоянии, а показатели на 21-е сут хранения находятся ниже предельно допустимых значений, что свидетельствует о наличии потенциала для дальнейших экспериментов по увеличению срока хранения слабосоленой рыбной продукции. Вместе с тем в некоторых случаях требуется более точная оценка комплексного влияния изученных параметров на динамику процесса хранения. Для такой оценки может быть выбран некоторый обобщенный показатель качества связанный, например, с площадью соответствующего многоугольника лепестковой диаграммы. Такой показатель можно легко определить, используя простую компьютерную программу (рис. 5).

n := 6       cp:=2 —        S:=nsin(q>)п

ORIGIN := 1

	CT	A H Д A P T
^0.985^ 0.997 0.92 a :=	b :=	r 0.984^1                 <0.974^ 0.992                   0.99 0.84                     0.8 c := 0.993           ^   0.991
0.999 0.994 к >		0.994                  0.989 0.96 j                    0.93 j

Pl := siu(o) (a. a_ + a_ a. + a,a . + a, a. + a.a, + a,a. I

\ 1 2  23   34  45   56  6 1/

P2 := sin(

T \ 1 2   23   34   45   56   6 1/

P3 := sin^ ^c^ c2b3 + c3c4 + c4c5 + c5b6 + c6c1)

Al := S - Pl           A2 := S - P2         A3 := S - P3

Al =0.182

A2 =0.408

A3 =0.499

Рис. 5. Программа оценки динамики параметров в процессе хранения Program for assessing the dynamics of parameter changes during storage

В приведенной программе количество оцениваемых параметров указывается как n, а их значения по мере срока хранения задаются в матричном виде в соответствующих столбцах. Параметр S характеризует отклонение комплексного показателя качества свежеприготовленного продукта от наилучшего достижимого принятым способом обработки, принятого за 1, а P i – комплекс качества продукта с измененным составом тузлука по мере хранения продукта.

Заключение. Использование природного антиоксиданта дигидрокверцетина в технологии посола филе форели является актуальным и перспективным направлением за счет пролонгирования сроков годности, сохранения стабильных органолептических характеристик и питательных веществ в слабосоленой рыбной продукции. Дигидрокверцетин успешно нейтра- лизует механизмы микробной и окислительной порчи и может быть использован для обеспечения безопасности, качества и продления срока годности форели радужной слабосоленой из аквакультуры.

Приведенные в статье результаты оценки динамики параметров в процессе хранения подтверждают, что свежеприготовленные регулируемым инъектированием тузлука образцы слабосоленой рыбной продукции из форели радужной наиболее близко соответствуют принятым стандартам, а прошедшие хранение образцы практически им не уступают. Технологический потенциал повышения качества рыбной продукции, возможно, связан с повышением качества самого тузлука, в частности с более тщательным регулируемым дозированием его отдельных компонентов.