Разработка рецептуры кулинарного продукта на основе вторичного пищевого сырья

В последнее время в Российской Федерации большое внимание уделяется повышению эффективности переработки материальных ресурсов, в том числе и в пищевой промышленности. Согласно отечественной Стратегии развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления в пищевой промышленности и сельском хозяйстве суммарный процент отходов составляет 1,3% от всех секторов экономики [1].

Снижение отходов производства и повышение доли производства продукции высокой степени переработки рыбного сырья является одной из приоритетных задач Стратегии развития рыбохозяйственного комплекса РФ на период до 2030 г. [2]. Для повышения эффективности переработки водных объектов необходимо вовлекать в технологические процессы вторичное пищевое сырьё. Как правило, оно представляет собой отходы производства, содержащие в своем составе ценные пищевые и биологически активные компоненты, которые могут и должны быть извлечены из такого вторичного сырья. А это, в свою очередь, обусловливает их дальнейшую применимость в технологических процессах для изготовления готовой пищевой продукции.

Одним из вариантов использования вторичных пищевых ресурсов, которые в рыбоперерабатывающей отрасли представлены в основном хрящами, костями и шкурами, может быть производство желированной кулинарной продукции функционального назначения. При этом химический состав и биологическая ценность хрящевого сырья и кожи рыб позволит не только повысить эффективность переработки сырья, но и придать блюдам ценные свойства посредством содержания компонентов, к примеру, выступающих средствами профилактики заболеваний опорнодвигательного аппарата. В свою очередь, повышение интереса производителей к изготовлению функциональных и специализированных пищевых продуктов является одной из приоритетных задач повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации [3] и она уже находит решение по результатам исследований, проведённых отечественными учёными.

Так, например, исследователи из КГТУ (г. Калининград) разработали технологию получения структурообразователя на основе ихтиожела-тина плавательных пузырей, чешуи и кожи леща и судака, а также способ применения гидролизата рыбного коллагена. Это позволило создать ряд смесей определённых композиционных составов для расширения рациона питания отдельных категорий спортсменов, а также людей, активно

Кроме того, исследователями из ДГТРУ (г. Владивосток) предложен способ получения белкового концентрата и желирующей добавки из ястычных пленок, вторичных ресурсов получаемых при производстве зернистой икры лососёвых видов рыб [6].

Российскими учёными, помимо этого, разработано большое количество технологий переработки соединительной ткани водных объектов для получения биологически функциональных продуктов, используемых в фармакологической, кормовой и пищевой отраслях промышленности [7].

Не остались в стороне от решения этой актуальной проблемы заполярные исследователи (МГТУ, г. Мурманск), в поле зрения которых оказались весьма перспективные объекты для промышленной переработки, какими являются такие хрящевые рыбы, как звёздчатые или колючие скаты (Raja radiata), обитающие в арктических широтах, промысловые запасы которых составляют десятки тысяч тонн [8]. При этом их доля при добыче донных и придонных видов рыб (трески, пикши, сайды, зубатки и др.) в приловах составляет существенные объёмы [9]. К тому же этот промысловый объект не лимитирован величиной общего допустимого улова (ОДУ), устанавливаемого международными межправительственными комиссиями а это свидетельствует о большим потенциале для его вылова [8]. В МГТУ разработан ряд технологий по промышленной переработке ската звездчатого и получения из него пищевой и кормовой продукции [10, 11]. При переработке скатов образуется большое количество отходов, из них до 17% от массы обесшкуренных крыльев этого вида рыбы составляют хрящи, обладающие хондропротекторной активностью ввиду содержания в своем составе хондроитина сульфата [12].

В качестве сырья, содержащего в своем составе значительное количество коллагена, что может способствовать профилактике заболеваний опорно-двигательного аппарата в дополнение к хрящевому сырью, используется доступное вторичное сырье птицеперерабатывающих производств, в частности куриные лапы, отделяемые при производстве кур потрошеных. В частности, за последние 5 лет среднегодовые объёмы производства в Российской Федерации субпродуктов птицы мороженых, в том числе лап куриных (ГОСТ31657–2012 «Субпродукты птицы. Технические условия») составляют 550 тыс. тонн, [13, 14].

Использование лап куриных способствует повышению структурообразующих свойств бульона, а также улучшает его органолептические характеристики за счет специфического приятного аромата и придания отвару золотистого цвета [15].

Цель исследования – разработать технологию изготовления кулинарных рыбомясных желированных продуктов с использованием вторичного пищевого сырья и овощей.

Для достижения цели исследования сформулированы следующие задачи:

• 1)    исследовать возможность применения хрящей ската и куриных лап в рецептуре желе для кулинарного продукта;

• 2)    исследовать органолептические и реологические свойства рыбомясных бульонов и оптимизировать технологические параметры процесса их приготовления;

• 3)    провести экспериментальные работы по использованию различных структурообразова-телей для выбора наиболее приемлемого из них, обеспечивающего наилучшие органолептические и физические показатели кулинарного желированного продукта;

• 4)    разработать и оптимизировать рецептуру желированного кулинарного продукта с использованием рыбного сырья и овощей.

Материалы и методы

Объектами исследования явились крылья ската мороженые (ТУ 9261–028–00038155–02 «Скат мороженый полуфабрикат для промышленной переработки», изготовитель: АО «Норд-Вест Ф.К.»), лапы куриные мороженые (ГОСТ 31657–2012 «Субпродукты птицы. Технические условия», изготовитель: ООО «Племрепродуктор Назия») экспериментальные образцы студня рыбного, приготовленные на основе бульона из вторичного пищевого сырья (хрящей ската и куриных лап) с добавлением различных студнеоб-разователей (пектин яблочный пищевой, пектин цитрусовый пищевой по ГОСТ 29186–91 «Пектин. Технические условия», камедь рожкового дерева, желатин говяжий пищевой 220 bloom, агар-агар пищевой мелкодисперсный 900 bloom по СТО 0149295561–001–2019 «Пищевые добавки, ароматизаторы и технологические вспомогательные средства фасованные», NH-пектин термообратимый по ТУ 10.89.15–001–0106070940–2019 «Пектин NH. Технические условия») и желирующих композиций, а также сами бульоны и желированный рыбомясной кулинарный продукт.

В ходе экспериментов по приготовлению бульона варьировали соотношением жидкости и плотной части (в диапазоне от 1:2 до 2:1), а также соотношением хрящей ската и куриных лап – от 1:3 до 3:1. Температура варки во всех экспериментах поддерживалась в пределах от 90 до 95 °С, продолжительность варки – 40 минут.

Отбор проб и подготовка их к испытаниям проводилась согласно требованиям ГОСТ Р 54607.1–2011 «Услуги общественного питания.

Методы лабораторного контроля продукции общественного питания. Часть 1. Отбор проб и подготовка к физико-химическим испытаниям».

Определение органолептических показателей бульонов, гелей и рыбных желированных кулинарных продуктов проводили по ГОСТ 7631–2008 «Рыба, нерыбные объекты и продукция из них. Методы определения органолептических и физических показателей», ГОСТ 31986–2012 «Услуги общественного питания. Метод органолептической оценки качества продукции общественного питания» и в соответствии с разработанными бальными шкалами сенсорной оценки качества.

Определение прочности гелей проводили на приборе Imada Food Texture Analyzer FRTS model 50 N при температуре студней 4 ± 2 ºС, используя индентор для желе. Индентор погружался в продукт на глубину 10 мм со скоростью 2 мм/с.

Температуру гелеобразования студней, плавления желе, варки бульона определяли с помощью цифрового мультиметра Мастер professional M-838.

Математическое моделирование и оптимизацию рецептурного состава бульона и рыбной желированной кулинарной продукции проводили с использованием расширения Fuzzy Logic Toolbox в программном пакете MatLab.

Определение массовой доли воды проводили высушиванием при 105 ºС согласно пункту 3.3.1 ГОСТ 7636–85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа».

Определение массовой доли жира проводили экстракционным методом в аппарате Сокслета согласно пункту 3.7.1 вышеназванного документа.

Определение минерального остатка (золы) проводили сжиганием в муфельной печи при температуре 500 ℃ согласно пункту 11.6 ГОСТ 7636–85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа».

Массовую долю белковых веществ (сырого протеина) определяли макрометодом согласно пункту 8.9.1 ГОСТ 7636–85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа».

Массовую долю углеводов в продукте находили расчетным методом, используя формулу:

Ху = 100 — (ХБ + Хж + Хв + Хз), (1) У БЖВЗ где ХУ – массовая доля углеводов, %; ХБ – массовая доля белка, %; ХЖ – массовая доля липидов, %; ХВ – массовая доля воды, %; ХЗ – массовая доля золы, %.

Энергетическую ценность готового желированного продукта определяли расчетным методом согласно формуле 2, представленной ниже:

Э ц = Б х К э + Ж х К Ж + У х К эу , (2)

где Эц – энергетическая ценность готовой продукции, ккал; Б – массовая доля белка на 100 г. продукции, г; КэБ – энергетический коэффициент белка, (принят равным 4 ккал/г); Ж – массовая доля липидов на 100 г. продукции, г; КэЖ – энергетический коэффициент липидов, (принят равным 9 ккал/г); У – массовая доля усвояемых углеводов на 100 г. продукции, г; КэУ – энергетический коэффициент углеводов, (принят равным 4 ккал/г).

Результаты

• 1.1    Оптимизация основного ингредиентного состава для создания нового желированного кулинарного продукта

С помощью программного пакета MatLab задались следующими критериями, сопоставляющими входные и выходные переменные с термами, характеризующими условное значение величины, представленными в таблице 1 [16–20].

Таблица 1.

Матрица нечеткого логического вывода

Table 1.

Fuzzy inference matrix

Параметр Parametr	Наименование Name		Значение Value
Факторы варьирования | Variation factors
Х1 – соотношение жидкости и плотной части бульона (диапазон принимаемых значений 1:2, 1:1, 2:1) X1 - the ratio of liquid and dense part of the broth (the range of accepted values is 1: 2, 1: 1, 2: 1)	мало	| мало	0,5
	средне	| средне	1,0
	много	| много	2,0
Х2 – соотношение куриных лап и хрящей ската звездчатого, % (диапазон принимаемых значений 25/75, 50/50, 75/25) X2 - the ratio of chicken legs and cartilage of the stellate stingray, % (range of accepted values 25/75, 50/50, 75/25)	мало	| мало	25
	средне	| средне	50
	много | много		75
Выходная переменная | Output variable
Y – результаты органолептической оценки, балл (диапазон принимаемых значений 1–5) Y – results of organoleptic evaluation, score (range of accepted values 1–5)	очень нежелательно | highly undesirable		1,0–2,5
	не очень желательно | not very desirable		2,6–3,0
	удовлетворительно | satisfactorily		3,1–3,9
	желательно | preferably		4,0–4,4
	очень желательно | very desirable		4,5–5,0

Согласно центральному композиционному рототабельному плану эксперимента был составлен массив данных, включающий варьируемые факторы (Х 1 , Х 2 ) и выходную переменную – органолептическую оценку (Y). Массив данных и правила для формирования нечеткого логического вывода приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Правила для формирования нечеткого логического вывода

Table 2.

Rules for the formation of fuzzy inference

№	Х 1	Х 2	Х 1	Х 2	Y*
1	+	+	2:1	75/25	2
2	-	+	1:2	75/25	4
3	+	-	2:1	25/75	3
4	-	-	1:2	25/75	2
5	-	0	1:2	50/50	3
6	+	0	2:1	50/50	1
7	0	-	1:1	25/75	3
8	0	+	1:1	75/25	1
9	0	0	1:1	50/50	2

* 1 – очень нежелательно; 2 – не очень желательно; 3 – удовлетворительно; 5 – желательно; 4 – очень желательно

По результатам оптимизации рецептуры методом нечеткого логического вывода получена поверхность отклика, представленная на рисунке 1.

Рисунок 1. Поверхность отклика

Figure 1. Response surface

Пиковое значение показателя органолептической оценки (рисунок 1) наблюдается при доле хрящей ската в плотной части бульона равной 50% и гидромодуле 2.

По результатам сопоставления органолептической оценки показателя консистенции образцов рыбомясного желе с прочностью геля было принято оптимальное значение данного показателя равное 20–25 Н/м2.

• 1.2    Подбор студнеобразующей добавки для создания прочного и устойчивого к температурному воздействию (температуре не менее 30 ℃) рыбомясного желе

В следующем эксперименте, проведенном на основании ранее полученных результатов оптимизации композиционного состава бульона после его приготовления, был установлен факт его гелеобразования при температуре 4 ± 2 ℃. Но поскольку такой кулинарный продукт употребляется при комнатной температуре, при которой происходит быстрое плавление желе, возникает необходимость внесения дополнительного структурообразователя, сохраняющего

Поэтому следующей задачей исследования стал подбор студнеобразующей добавки или желирующей композиции, не оказывающей влияние на органолептические характеристики кулинарного продукта, но с повышенным температурной точкой плавления.

Для этого в качестве возможных желирующих добавок было решено использовать в последующих экспериментах такие студнеобразователи растительного происхождения, как яблочный пектин, цитрусовый пектин, пектин NH (термообратимый), агар-агар, камедь рожкового дерева.

Была выполнена серия экспериментов с использованием выбранных структурообразова-телей и проведена оценка качества полученных студней, результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты исследования влияния структурообразователей на свойства бульонов

The results of the study of the influence of structure formers on the properties of broths

Table 3.

Структурообразователь Structuring agent	t гелеобразования, ºС t gel formation, ºC	Характеристика Characteristic	Прочность геля, Н/м2 Gel strength, N/m2	t плавления, ºС t melting, ºC	Вывод о целесообразности использования Conclusion on the feasibility of using
Яблочный пектин 2,5% Apple pectin 2.5%	4 ± 2	неустойчив, светло-желтый матовый цвет unstable, light yellow matte color	–	< 23	использование нецелесообразно ввиду неустойчивости геля при комнатных условиях и несоответствия органолептических показателей not suitable for use due to gel instability at room conditions and inadequate organoleptic properties
Цитрусовый пектин 2,5% Citrus pectin 2.5%	4 ± 2		–	< 23
Камедь рожкового дерева 0,1–1,3% Gum carob gum 0.1 1.3%	4 ± 2	устойчив, прозрачный stable, transparent	1	42	использование нецелесообразно ввиду недостаточной прочности геля not suitable for use due to insufficient gel strength
NH-пектин 2,5% NH pectin 2.5%	4 ± 2	не устойчив, прозрачный not stable, transparent	–	25
Агар-агар | Agar-agar
0.1%	4 ± 2	устойчив, прозрачный stable, transparent	1	54
0.2%	4 ± 2		2	54
0.7%	4 ± 2		10	62
0.8%	4 ± 2	устойчив, белый цвет, непрозрачный, крошливый stable, white, opaque, crumbly	12	< 70	использование нецелесообразно ввиду недостаточной прочности геля и неподходящих органолептических характеристик usability is not practical due to insufficient gel strength and inadequate organoleptic properties
0.9%	4 ± 2		22	74
1.0%	4 ± 2		27	74
1.2%	4 ± 2		31	80
Желатин говяжий пищевой ilbakery 220 bloom Food grade beef gelatin ilbakery 220 bloom
2.5%	4 ± 2	устойчив, прозрачный stable, transparent	7	28	использование нецелесообразно ввиду недостаточной прочности геля not suitable for use due to insufficient gel strength
5%	4 ± 2		22	32	использование целесообразно application is expedient
7.55%	4 ± 2		31	36	использование нецелесообразно ввиду избыточной прочности not suitable due to excessive gel strength

Данные, приведённые в таблице 3 свидетельствуют о том, что неприемлемыми и нежелательными являются яблочный и цитрусовый пектины, поскольку их использование ухудшало прозрачность и цвет студней и, как следствие, снижая органолептическую оценку готового продукта.

Далее, использование термообратимого пектина, камеди рожкового дерева и агар-агара в концентрации последнего до 0,7% (таблица 3) не оказали негативного влияния на органолептические показатели студня. Однако желейные продукты, приготовленные с использованием вышеназванных студнеобразователей, обладали недостаточной прочностью. К примеру, наибольшее значение показателя прочности геля для агар-агара с концентрацией 0,7 составило 10 Н/м2 при минимальном пороге, характерном для приемлемой консистенции 20 Н/м2, при этом увеличение концентрации добавки приводило к ухудшению органолептических характеристик геля одновременно с повышением прочности (таблица 3).

По результатам проведенных опытов, показавших нецелесообразность применения структурообразователей растительного происхождения, было принято решение использовать для гелеобразования говяжий желатин марки ilbakery 220 bloom с дозировкой равной 2,5, 5 и 7,5%.

Результаты эксперимента с применением данного структурообразователя с дозой 5% показали его приемлемость по органолептике и соответствию рекомендованным значениям – прочности и температуре плавления.

• 1.3    Создание нового рыбомясного желированного продукта с добавлением овощей

На основании результатов поисковых экспериментов было создано и изготовлено 10 вариантов рецептуры желированной кулинарной продукции с использованием мяса ската, рыбомясного желе, огурца и имбиря маринованного, с последующими органолептическими исследованиями, данные представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Варианты рецептуры желированной продукции

Table 4.

Options of the recipes of gelled products

Масса компонента, г | Weight of the component, g				Оценка, балл Score
Мясо ската Stingray meat	Желе рыбомясное Fish jelly	Огурец Cucumber	Имбирь маринованный Pickled ginger
45,6	148,2	21	11	4,55
59,3	134,5	23	9	4,67
79,0	120,8	25	7	4,61
86,6	107,2	26	6	3,96
100,3	93,5	28	4	3,51
114,0	79,8	30	2	3,18
45,6	148,2	30	2	4,51
114,0	79,8	21	11	3,50
73,0	120,8	28	4	4,18
100,3	93,3	25	7	4,28

По результатам органолептической оценки модельных вариантов желированной продукции была проведена оптимизация компонентного состава заливных согласно методике аналогичной представленной выше для рецептур бульонов. Переменные и диапазоны их значения представлены в таблице 5

Таблица 5.

Матрица нечеткого логического вывода

Table 5.

Fuzzy inference matrix

Параметр Parameter	Диапазон концентраций, % Concentrations range, %	Наименование Name		Значение Value
Факторы варьирования | Variation factors
Х 1 – масса мяса ската в рецептуре, г X 1 – mass of stingray meat in the recipe, g	20–63	очень мало | very little		45,6
		мало | little		59,3
		не очень мало | not very little		73,0
		средне | medium		86,6
		не очень много |	not very much	100,3
		много	| a lot	114,0
Х 2 – масса огурца в рецептуре, г X 2 - the mass of the cucumber in the recipe, g	9–13	очень мало	| very little	21,0
		мало | little		23,0
		не очень мало | not very little		25,0
		средне | medium		26,0
		не очень много | not very much		28,0
		много	| a lot	30,0
Выходная переменная | Output variable
Y – результаты органолептической оценки, балл (диапазон принимаемых значений 3–5) Y – results of organoleptic assessment, score (range of accepted values 3–5)		очень нежелательно | highly undesirable		3,00–3,40
		не очень желательно | not very desirable		3,41–3,80
		удовлетворительно | satisfactorily		3,81–4,20
		желательно	| preferably	4,21–4,60
		очень желательно | very desirable		4,61–5,00

По результатам оптимизации смоделирована поверхность отклика, представленная на рисунке 2.

Рисунок 2. Поверхность отклика

Figure 2. Response surface

Анализируя поверхность отклика, можно сделать вывод о том, что оптимальная рецептура желированной продукции содержит количество мяса ската в рецептуре 60–70 г. и массу огурца 22–23 г.

• 1.4    Исследования химического состава и энергической ценности ската заливного с овощами

Определен химический состав и рассчитана энергетическая ценность готового продукта – ската заливного, результаты представлены в таблице 6.

Таблица 6. Химический состав и энергетическая ценность 100 г. продукции «Скат заливной»

Table 6. Chemical composition and energy value of 100 g of «Skat jellied» products

Белки, г Proteins, g	Жиры, г Fats, g	Углеводы, г Carbohydrates, g	Вода, г Water, g	Зола, г Zola, g	Энерг. ценность, ккал Energy value, kcal
16,4	0,4	9,8	72,8	0,6	108,4

Данные, представленные в таблице 4, по содержанию белковых веществ, углеводов и липидов, а также энергетической ценности свидетельствуют о диетической направленности созданного продукта.

Обсуждение

В процессе проведенных исследований не только выявлена возможность использования хрящей ската и куриных лап в рецептуре бульона для создания нового желированного рыбомясного кулинарного продукта, но и методами математического планирования эксперимента и обработки данных оптимизированы

Получены отрицательные результаты использования для гелеобразования и получения высоких органолептических показателей желе ряда структурообразователей растительного происхождения (пектины, камедь рожкового дерева, агар-агар). В частности, появление непривлекательного темно-бурого или матового цвета желе, низкие прочностные характеристики (таблица 2).

Вместе с тем, найден эффективный струк-турообразователь животного происхождения – желатин марки ilbakery 220 bloom дозировкой 5% (таблица 2), который соответствует всем заданным требованиям, предъявляемым к желе для соответствующей кулинарной продукции и по сенсорным показателям, и по прочности, и по температуре плавления геля.

Созданный и оптимизированный композиционный состав нового желированного кулинарного продукта с использованием мало используемого, но ценного мяса ската, мясорыбного желе, огурца и имбиря маринованных вполне можно назвать инновационным и перспективным; поскольку в нём гармонично сочетаются органолептические достоинства, полезная белково-углеводная, лечебно-профилактическая и диетическая составляющая.

Заключение

В результате проведенных исследований:

• •    выявлена возможность использования хрящей ската и куриных лап в рецептуре бульона для создания нового желированного рыбомясного кулинарного продукта;

• •    проведены экспериментальные работы по использованию различных структурообразо-вателей растительного и животного происхождения для выбора наиболее приемлемого из них. Экспериментально установлен наиболее эффективный студнеобразователь – желатин говяжий марки ilbakery 220 bloom c дозировкой в 5%, обеспечивающий наилучшие органолептические и физические показатели кулинарного желированного продукта;

• •    создан инновационный сбалансированный по компонентному и химическому составу желированный кулинарный продукт с использованием мало используемого, но ценного мяса ската, также вторичного пищевого сырья и овощей маринованных.