Улучшение качества геля для сурими с использованием белкового сшивателя и гидроколлоидов

Сурими, как важная часть обработанных водных продуктов питания, пользуются большой популярностью у потребителей из-за высокого уровня белка, низкого содержания жира, высокой питательности, а также удобства потребления. В настоящее время эти продукты стали незаменимыми в повседневной жизни людей [1].

Функциональные свойства сурими включают желирующую, связывающую и эмульгирующую способность, что делает его потенциальным функциональным белковым ингредиентом в ряде продуктов, таких как аналог креветок, омаров и крабов, рыбные шарики и т. д. Гелеобразующая способность сурими в основном обеспечивается миофибриллярными белками. Хотя для повышения прочности геля сурими используются различные пищевые ингредиенты, их добавление приводит к нежелательным последствиям для геля, таким как появление стороннего привкуса и цвета [2]. Обычно сурими промывают несколько раз во время обработки, чтобы улучшить его гелеобразные свойства и стабильность при хранении. Однако этот процесс удаляет большинство липидных компонентов и вкусовых соединений, что приводит к большой потере вкуса и аромата в конечном продукте.

В процесс гелеобразования вовлечены многие ферменты, которые оказывают положительное или отрицательное влияние на структуру геля. Например, эндогенная транс- глутаминаза, присутствующая в сурими, может катализировать реакцию ацильного переноса между ε-аминогруппами остатков лизина и γ-карбоксиамидными группами остатков глутамина на тяжелых цепях миозина, что приводит к образованию ε-(γ-глутамил)-лизиновых связей между белками, ответственных за явление «схватывания» и высокую эластичность геля конечных продуктов [3]. Кроме того, учеными отмечено, что хотя эндогенная трансглутаминаза усиливает гелеобразование и укрепляет сеть геля, образуя несульфидные ковалентные связи между миозинами, сохраняются проблемы с получением удовлетворительных свойств геля, возможно, из-за Ca2+-зависимых характеристик активации и потери активности в процессе производства сурими [4].

Сегодня количество коммерческих гелевых продуктов растет благодаря использованию различных добавок, таких как моносахариды, олигосахариды, полисахариды и гидролизаты на основе белков. Добавление этих ингредиентов улучшает желирующие свойства геля сурими различными способами: а) предотвращая окисление, денатурацию и агрегацию белков; б) улучшая межмолекулярное взаимодействие; в) усиливая сшивку аминокислот и г) уменьшая количество свободных молекул воды в процессе обработки и хранения [5].

В настоящее время исследователи уделяют особое внимание добавлению новых эф- фективных добавок с использованием современных технологий для улучшения функциональных и желирующих свойств сурими-геля в процессе переработки и консервирования по сравнению с традиционными методами. Поэтому данное направление исследования представляет научно-практический интерес, что и обусловило выбор темы данной статьи.

Исследования свойств геля и вкусовых характеристик продуктов сурими при добавлении наноэмульсий изучают такие авторы как: Лутова А.П., Мустафаева В.М., Лихутов Д.А., Иванова Д.А., Битютская О.Е., Мазалова Н.Ф. Yi Shi, Lanlan Tu, Chengzhi Yuan, Jinhong Wu, Xianghong Li, Shaoyun Wang.

Причины автолитической деградации миофибриллярных белков при добавлении различных эндогенных протеаз, таких как катепсины B и L, термостабильные щелочные протеиназы, а также сериновые и цистеиновые протеиназы, что в результате препятствует образованию удовлетворительных гелевых структур, описывают в своих публикациях Проскура Д.Ю., Шамрай-Ламешко Е.В., Киселева Е.Д., Ракоид А.Р., Ткачев В.В., Салтанова Н.С., Huiyun Chen, Xu Chen, Yanshun Xu, Yunyi Yang, Cikun Liu, Yingying Sun, Xinyi Wen.

Вопросами влияния полисахаридов на характеристики геля и его белковую микроструктуру, занимаются Рудич В.Д., Вершини- на А.Г., Харенко Е.Н., Яричевская Н.Н., Avtar Singh, Saumya Mehta, Umesh Patil, Pornpot Nuthong.

В то же время, несмотря на имеющиеся труды и наработки, вопросы устранения проблемы, связанной с деградацией белка, вызванной эндогенными протеазами, остаются открытыми. Отдельного внимания заслуживает развитие стратегий эмульгирования, которые позволят загружать большое количество липидов без ущерба для гелевой текстуры продуктов сурими.

Таким образом, цель статьи заключается в проведении анализа возможностей улучшения качества геля для сурими с использованием белкового сшивателя и гидроколлоидов.

Результаты и их обсуждение

В настоящее время для получения сурими с низким содержанием соли и усиленными свойствами геля вводят экзогенные добавки, такие как крахмал, некрахмальные полисахариды, гидроколлоиды, растительные масла или животные масла [6]. Однако необходимо учитывать стоимость и источники этих добавок, чтоб не ухудшить качество конечного продукта и не удорожать процесс производства.

В целом, подход к получению желаемых свойств геля сурими достигается путем модификации белков с помощью сшивки (рис. 1).

Рис. 1. Роль растительных полифенолов в желировании сурими

Недавно было продемонстрировано, что некоторые побочные продукты (семена, кожура, шелуха и другие растительные отходы) эффективно улучшают свойства геля-сурими, благодаря содержанию в них фенольных соединений. Фенольные соединения могут взаимодействовать с белком посредством не- ковалентной связи и вызывать процесс сшивания белка [7]. Обзор сшивателей и различных источников, используемых в пищевых белках, представлен в таблице.

В качестве примера влияния фенольных добавок на гелеобразование и текстурные характеристики геля из сурими рассмотрим ре-

Таблица

Фенольные экстракты из различных природных источников и их использование в сурими [8–10]

Источники Активные соединения Применение Кокосовая шелуха (CHE) Дубильная кислота, катехин, галловая кислота, кверцетин Использование CHE в концентрации 0,125 г/100 г белка увеличило прочность геля сурими из сардины на 240 % Фрукты дуэа чинг (DC) Нарингенин-7-О-глюкозид, кверцетин-3-галактозид, рутин, индол-4-карбальдегид Разрывная сила геля сурими сардины была увеличена на 100 % при добавлении DC в количестве 0,05 г/100 г Древесина киама (KW) Дубильная кислота, лигнин Окисленный KW в количестве 0,15 г/100 г увеличил разрывную силу геля сурими сардины до 136,9–157,5 % по сравнению с контролем Корневой узел лотоса (LRK) Процианидин B-типа димер-H2O, (-)-эпикатехин, хлоро-геновая кислота, пропилгал-лат, рутин Прочность геля, модуль упругости и дисульфидная связь гелей сурими серебряного карася значительно увеличились при добавлении LRK, особенно при 10 г/100 г, где прочность геля и дисульфидная связь увеличились на 14,7 % и 41,6 %, соответственно Оливковый лист (OL) Олеуропеин, гидрокситиро-зол, вербакозид Добавление OL (0,3 г/100 г) привело к увеличению напряжения разрыва геля сурими из красного морского леща на 80 % Лист периллы (PL) Кофейная кислота, феруловая кислота, розмариновая кислота, кверцетин и апигенин Гели с РL имели более тонкие и плотные белковые сети Кожура ананаса (PP) Галловая кислота, эпикатехин, катехин, феруловая кислота РР (1 г/100 г) продемонстрировал повышение разрывной силы геля сурими серебряного карпа с 355,71 г до 511,64 г. РР также способствовал образованию амидных связей с белком гелей Гранатовая кожура (PoP) Пуникалагин, эллаговая кислота, галловая кислота, эл-лагитаннины Гель сурими серебряного карася, обогащенный 0,45 г/100 г PoP, продемонстрировал более высокую прочность геля, чем гель без PoP на 101 % (609,58 г см) Морские водоросли (SW) Хлоротанины, розмариновая кислота, хиновая кислота, рутин, кверцитин, гесперидин Гель сурими из малой сардины с добавлением 2 г/100 г SW увеличил прочность геля на 76,27 % по сравнению с контрольным гелем Полифенолы чая (TP) (-)-эпикатехин (EC), (-)-эпикатехин галлат (ECG), (-)-эпигаллокатехин (EGC) и (-)-эпигаллокатехин галлат (EGCG) ТP в концентрации 300 мг/кг сохраняет водоудерживающую способность и твердость сурими из тилапии при хранении в холодильнике в течение 7 дней зультаты, полученные коллективом ученых из Китая, которые рассматривали влияние этанольных экстрактов кожуры граната (PPE) на сурими из белого толстолобика [11].

Сурими готовили по методу, описанному в Sharma et al. (2019). Полученный продукт 500 г упаковали в полиэтиленовые пакеты низкой плотности. После сурими смешивали с сублимированными PPE, полученными с использованием 100 % этанола с концентрацией 0,15; 0,30; 0,45; 0,60; 0,75 и 0,90 %. Обогащенный сурими смешивали с 2,5 % NaCl и оставляли в течение часа при 10 °C перед набивкой. Пасту набивали в оболочку из вини-лиденхлорида (длина 10 см, диаметр 2,0 см) с последующей термической обработкой в соответствии с двухэтапным методом нагрева. После приготовления гелевые оболочки помещали в ледяную воду, охлаждали до 4–5 °C в течение 30 мин и хранили в течение ночи при 4 °C до анализа.

Трехмерная структура белкового геля состоит из различных нековалентных взаимодействий, в основном ионных связей, водо- родных связей и гидрофобных взаимодействий. Хотя все нековалентные взаимодействия, такие как ионные связи, водородные связи и гидрофобные взаимодействия, значительно различались (p < 0,05) при различных концентрациях PPE, однако большее количество водородных связей (2,04 ± 0,03 мг/мл) и гидрофобных взаимодействий (1,70 ± 0,03 мг/мл) было обнаружено в геле сурими, обогащенном 0,45 % PPE (рис. 2).

В случае ионных взаимодействий количество уменьшилось от контроля до 0,60 % уровня РРЕ, а затем увеличилось и достигло уровня контроля (0,88 ± 0,02 мг/мл). В данном исследовании рН в контроле составил 7,13 ± 0,02, который постепенно снижался с увеличением концентрации РРЕ (рис. 3).

Разница в значениях рН может изменять распределение заряда аминокислот на поверхности белков сурими. Полученные учеными результаты показали, что ионные связи уменьшались с уменьшением pH, первоначально с увеличением прочности геля, в то время как с увеличением концентрации PPE

Рис. 2. Нековалентные химические взаимодействия

Рис. 3. Влияние этанольных экстрактов кожуры граната на гели сурими серебряного карпа, pH

прочность геля снижалась даже при увеличении ионных связей. Из этого был сделан вывод, что при более низких значениях pH изоэлектрический pH (pI) миофибриллярного белка смещается в сторону кислотности, что приводит к образованию большего количества ионных связей между PPE и аминокислотами, которые препятствуют белковому взаимодействию между фенольными веществами и сурими, что приводит к снижению прочности геля.

Помимо улучшения текстуры геля сурими, растительные фенолы также снижают уровень окисления белков и липидов, присутствующих в сурими или сурими-продуктах, тем самым увеличивая срок их хранения [12].

Также заслуживают внимания результаты исследования, в рамках которого изучалось влияние гидроколлоидов на качественные характеристики геля сурими. Ученые определили влияние сульфатированного полисахарида в качестве криопротектора на гель на основе белка тремя способами. Во-первых, установлено, что сульфатированный полисахарид обладает сильными буферными свойствами, которые способствуют деполимеризации толстых нитей [13]. Во-вторых, он связывается с молекулами миозина, усиливая диссоциацию актомиозина за счет контраста с аденозинтрифосфатом и связывания с головкой миози- на. В-третьих, молекулы полисахарида, связанные с хвостом миозина, усиливают диссоциацию миозиновых филаментов [14]. Помимо этого, исследователи пришли к выводу, во всем этом механизме гидроколлоиды также работают как эффективные антиоксиданты, которые предотвращают денатурацию и агрегацию белков при консервировании и переработке [15].

Иллюстрация желирующих свойств сурими с добавлением и без добавления гидроколлоидов представлена на рис. 4.

В процессе исследования было доказано, что смеси сахарозы с полифосфатами уменьшают окисление белков сурими и улучшают желирующие способности за счет образования соответствующих сшивок между аминокислотами. Кроме того, добавление сульфати- рованного полисахарида с другими сахаридами улучшало водосвязывающие и текстурные свойства геля сурими. Смесь сорбита и гексаметафосфата также улучшила текстуру и водоудерживающие свойства сурими.

Следует отметить, что преимущества добавления гидроколлоидов в гель-сурими могут быть получены при условии использования их оптимального количества. Поскольку избыточ- ное количество полисахаридов может подвергнуться самоагрегации и нарушить формирование упорядоченной сетевой структуры, что

Рис. 4. Свойства гелеобразования сурими с добавлением и без добавления добавок

приведет к снижению прочности геля сурими. Кроме того, это может вызвать эффект разбавления миофибриллярных белков в сурими. В случае небольшого количества воды гидроколлоиды на основе полисахаридов склонны к агрегации и наматыванию на себя, тем самым занимая большую пустоту и приводя к деформации сети белкового геля. Таким образом, необходимо учитывать тип гидроколлоидов и уровень их содержания, прежде чем использовать в качестве усилителя геля в сурими.

Выводы

Подводя итоги, следует отметить, полученные на сегодняшний день результаты исследований свидетельствуют о том, что свойства геля сурими могут быть улучшены благодаря добавлению белкового сшивателя, особенно фенольных веществ из растений, а также гидроколлоидов при соответствующем количестве. Использование этих добавок может улучшить стабильность белка, предотвращая окислительные изменения в белках миозина, денатурацию и агрегацию.

Перспективные направления дальнейших исследований могут быть сосредоточены на изучении возможностей сочетания различных добавок с современными методами обработки (методы обработки под высоким давлением, ультрафиолетовая и микроволновая обработка). Предполагается, что такое сочетание позволит достигнуть улучшения текстурных свойств за счет улучшения сшивания аминокислот, межмолекулярных взаимодействий и водородных связей.