Пищевые добавки из водных биологических ресурсов
Добыча и переработка водных биологических ресурсов направлена на обеспечение и изготовление различной продукции высокого качества. Из водных биологических ресурсов вырабатывают большой ассортимент пищевой, медицинской, кормовой и технической продукции (рис. 2.5).
ПИЩЕВАЯ ПРОДУКЦИЯ
Пищевая продукция — продукты в натуральном или переработанном виде, употребляемые человеком в пищу. Эти продукты являются источниками белков, жиров, минеральных веществ и витаминов, необходимых организму человека, и должны удовлетворять его физиологические потребности. К пищевым продуктам, вырабатываемым из водного сырья, относятся традиционные продукты, продукты для детского и диетического питания, пищевые добавки и биологические активные добавки (БАД).
Традиционные продукты — это охлажденные и замороженные продукты из рыбного и нерыбного сырья, соленые, маринованные, сушеные, вяленые и копченые, кули-
Рис. 2.5
Схема классификации продукции из водных биологических ресурсов
нарные изделия, коысервы и продукты заданного состава и структуры.
Охлажденные и замороженные сырье и продукты получают в результате их обработки холодом.
Охлажденные — это продукты, полученные в результате обработки холодом, при которой их температура снижена до криоскопической за счет поверхностного и объемного отвода теплоты от поверхности без изменения их агрегатного состояния. Криоскопическая температура для разных видов рыбы находится в диапазоне от 0,5 до -2,3°С. Для инженерных расчетов криоскопическую температуру рыбы принимают равной -1°С.
Охлаждение может быть основным, промежуточным либо завершающим процессом переработки. Гидробионты охлаждают на судах во время лова и транспортирования с мест промысла. На береговых предприятиях охлаждают сырье, полуфабрикаты, готовую продукцию.
Диапазон температуры процесса охлаждения в зависимости от технологического назначения широк: для рыбы-сырца — от -1 до 5°С, жареную и копченую рыбу охлаждают со 100°С и более до 8°С, соленую сельдь — до температуры хранения 0-5°С, консервы в зависимости от их вида после стерилизации охлаждают до температуры 25- 40°С и др.
Замороженные — это продукты, полученные в результате обработки холодом, при которой их температура снижена ниже криоскопической за счет поверхностного и объемного отвода теплоты, при котором большая часть воды, содержащаяся в тканях объекта, превращается в лед. В рыбной отрасли замораживают сырье, полуфабрикаты и готовую продукцию для сохранения их качества при хранении и транспортировании, а также воду при производстве льда.
Количественно процесс замораживания оценивают по скорости замораживания. Международный институт холода (МИХ) рекомендует определение средней скорости замораживания как отношение минимального расстояния между поверхностью и термическим центром ко времени, прошедшему от достижения поверхностью температуры 0°С до охлаждения термического центра на 10°С ниже криоскопической температуры. Термический центр (6) — это точка с минимальной скоростью замораживания, т. е. точка в теле, которая замораживается в последнюю очередь. Для однородных тел она совпадает с геометрическим центром; для рыбы условно принимается как для бесконечной пластины:
где X — максимальная толщина рыбы или блока рыбы, м.
В зависимости от средней скорости замораживания МИХ классифицирует процесс замораживания как: медленный — до 0,5 см/ч; быстрый — от 0,5 до 5 см/ч; сверхбыстрый — от 5 до 10 см/ч и ультрабыстрый — от 10 до
100 см/ч. Современные морозильные установки обеспечивают скорость замораживания не менее 3-5 см/ч.
В общем объеме вырабатываемой продукции мороженая рыба составляет более 70%. Данный вид обработки обеспечивает возможность быстрого консервирования больших количеств единовременно поступающего и скоропортящегося сырья, что очень важно для сохранения сырца в условиях промысла.
Консервирование сырья холодом позволяет максимально сохранить нативные свойства сырья для последующей переработки в любые виды пищевых продуктов (соленые, копченые, кулинарные и т. д.). Этот вид обработки является универсальным, так как может применяться для всех видов водного сырья. Кроме этого, потери сырья при данном способе наименьшие и составляют 0,5-3%.
Для мороженой продукции характерны длительные сроки хранения (6-8 мес.), что позволяет снизить влияние неравномерности промысла и обеспечить транспортирование продукции из мест добычи к местам переработки и потребления. Кроме того, в производстве многих видов продуктов холод применяется не как основной консервирующий фактор, а как дополнительный.
Соленые — это продукты, полученные в результате обработки рыбы кристаллической или растворенной в воде поваренной солью, при которой в сырье происходят сложные биохимические изменения, связанные с его просаливанием и созреванием. В результате такой обработки соль приникает в рыбу, происходит ее насыщение посолочными компонентами, что приводит к замедлению деятельности микрофлоры и ферментов самой рыбы, созреванию, удалению определенного количества поверхностной и капиллярной влаги, и связанное с этим изменение выхода соленой рыбы.
Посол является не только самостоятельным способом обработки при производстве соленой рыбопродукции, но и предварительной операцией перед вялением, копчением и маринованием рыбы, производством полуфабрикатов. Процесс проводят при температуре воздуха в цехе не выше 10°С. Рыбу разных наименований, размерных групп и видов разделки солят отдельно.
Посол является основным видом обработки анчоусных, сельдевых, лососевых и осетровых рыб и вспомогательным видом обработки при изготовлении копченых, сушеных и вяленых продуктов. Большое распространение получили малосоленые деликатесные рыбные продукты и пресервы. Кроме соленой продукции изготавливают маринованную.
Маринованные — это продукты, полученные в результате обработки сырья поваренной солью и кислотой (обычно уксусной) с применением пряностей (перца, корицы, лаврового листа и т. д.) и других пищевых добавок (овощей, масла, сахара). При мариновании потери белка меньше, чем при посоле. Данный вид обработки существенно влияет на вкус и консистенцию мяса рыбы, которое при этом белеет, размягчается и приобретает кисловатый вкус с ароматом пряностей.
Сушеные — это слабосоленые продукты с минимальной массовой долей влаги, полученные путем обработки сушильным агентом (горячим воздухом). При такой обработке из продукта удаляется влага в виде образовавшегося пара. При сушке в продукте происходит комплекс взаимосвязанных химических, физико-химических, биохимических, микробиологических, ферментативных и реологических явлений формирующих его качественные и структурные свойства.
Вяленые — это разновидность сушеных продуктов, в которых происходит медленное удаление влаги (подсушивание) и созревание слабосоленого продукта при температуре воздуха не выше 35°С.
Копченые — это продукты, полученные путем обработки компонентами коптильной среды, образующимися при неполном сгорании (пиролизе) древесины, либо коптильным ароматизатором. В результате такой обработки продукт приобретает специфический цвет, аромат и вкус. Свойства и качество копченых изделий из рыбы зависят от вида и физического состояния сырья; его технологической подготовки; степени его подсушивания перед копчением; химического состава, количества и соотношения коптильных компонентов в коптильной среде; температуры, влажности, скорости движения коптильной среды и ее распределения в коптильной камере.
В зависимости от температуры процесса различают холодный, полугорячий и горячий способы копчения. При холодном копчении продукт обрабатывают коптильными компонентами при температуре среды не выше 40°С таким образом, чтобы его белки и ферменты не потеряли нативных свойств. Отличительная особенность такой продукции заключается в пониженном содержании влаги (42-60%) и повышенном количестве соли (4-11%). За счет этого, а также осаждения консервирующих компонентов дыма рыбные изделия холодного копчения имеют достаточно длительные сроки хранения.
Горячее копчение предусматривает обработку продукта в диапазоне температуры 80-170°С. Белки такой продук- ции полностью проварены, а ферменты инактивированы. При горячем копчении сырье полностью проваривается и достигает кулинарной готовности. Продукт приобретает нежную и сочную консистенцию, что обусловлено высоким содержанием воды (60-70%).
При полугорячем копчении продукт обрабатывают в диапазоне температуры среды 40-80°С. Белки продукта после такой обработки денатурированы частично, ферменты практически полностью инактивированы, а готовность достигается за счет комплекса физических и биохимических изменений в тканях.
В зависимости от вида применяемых продуктов разложения древесины копчение рыбы бывает дымовое, бездымное и смешанное.
При дымовом копчении продукт обрабатывают дымовоздушной смесью, образующейся при непосредственном сжигании древесины. Дым сообщает рыбе (более 10 тыс. компонентов осаждаются на продукт) специфические аромат и вкус копчености, окрашивает поверхность продукта в золотисто-желтый цвет и одновременно является тепло- и влагоносителем. Для получения дыма используют следующие породы древесины (в порядке убывающей технологической ценности): бук, дуб, береза без коры, тополь, ольха, осина. Однако в продукт одновременно попадают и вредные вещества типа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), формальдегидов, метанола, нитро- зоаминов.
Бездымное копчение — это обработка продукта коптильными ароматизаторами в виде жидкостей, полученными на основе дыма или его отдельных компонентов. Продукция бездымного копчения не содержит вредных компонентов типа ПАУ и нитрозоаминов, так как коптильные препараты предварительно от них освобождаются.
Технологическая сущность бездымного копчения (мокрого, жидкостного, иммерсионного копчения, по терминологии различных авторов) заключается в том, что традиционную обработку дымом заменяют введением коптильного ароматизатора вместе с тузлуком, инъекцией, при куттеровании в колбасный фарш и другими способами или нанесением коптильного ароматизатора на поверхность продукта (погружением в коптильную жидкость или раствор коптильного препарата, разбрызгиванием, обмазыванием, распылением и т. д.). Другие технологические приемы, в том числе и тепловую обработку, при этом осуществляют без принципиальных изменений.
Эффективность бездымного копчения оценивают коэффициентом полезного использования коптильного препарата по формуле
где Фп, Ф(. — соответственно массовая доля фенольных веществ в продукте, мг%, и коптильной среде, %; т — масса израсходованной коптильной среды, % к массе продукта.
При смешанном копчении комбинируют операции дымовой и бездымной обработок, что упрощает и ускоряет процесс.
Рыбная кулинария представлена двумя видами продуктов — это полуфабрикаты и кулинарные изделия. К рыбным полуфабрикатам относят разделанную на порции, охлажденную или мороженую рыбу; фарш рыбный пищевой мороженый, рыбные суповые наборы, рыбомучные изделия (пельмени), пироги; филе рыбное мороженое, формованные продукты и т. д. К кулинарным изделиям относятся: жареная, печеная рыба, рыбные заливные, рыбные колбасы и сосиски, вторые замороженные блюда из рыбного и нерыбного сырья, рыбные и крабовые палочки и т. д.
Консервы — это продукты в герметичной таре, полученные в результате продолжительного теплового воздействия (стерилизации) и способные храниться без порчи длительное время при обычных температурах.
Отечественная промышленность выпускает более тысячи наименований консервов — натуральных, в желе, масле, томатном соусе, маринаде и в других заливках, фаршевых, рыборастительных; из нерыбных объектов — консервы из разных видов беспозвоночных и водорослей. Для изготовления консервов используют практически все виды сырья рыбного и нерыбного объектов промысла сырье высокого качества и пониженной товарной ценности.
Наиболее значительную часть в общем производстве занимают консервы из рыбы: натуральные — 20-30%, в масле — 20-30% и более 30% общего производства в томатном соусе.
Продукты заданного состава и структуры являются дополнением к традиционным пищевым продуктам и представляют собой разнообразные продукты с определенными органолептическими, физико-химическими и питательными свойствами. Производство таких продуктов обусловлено развитием фундаментальной науки и техники, изменениями сырьевой базы, необходимостью обновления ассортимента, создания диетических и профилактических продуктов питания, комплексного использования сырья. Продукты заданного состава и структуры имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными. В их производстве используют новые источники сырья, эти продукты более стабильны при хранении и удобны для реализации в розничной торговле. По качественным показателям эти продукты часто превосходят натуральные продукты.
Их производство частично решает проблему обеспечения населения дорогими натуральными продуктами, например икрой, мясом лососевых, краба, омара, гребешка и др.
Продукты для детского питания — продукты для питания детей в возрасте до 14 лет и изготовленные с учетом физиологических потребностей детского организма.
Продукты для диетического питания — продукты для лечебного и профилактического питания человека.
Пищевые добавки — продукты, которые специально вводят в пищевые продукты в процессе их изготовления в целях придания этим продуктам определенных свойств и (или) сохранения качества пищевых продуктов. Из водных биологических ресурсов изготавливаются такие пищевые добавки, как каррагинаны, агар-агар, хитин, хи- тозан и др.
Биологические активные добавки — природные биологические активные вещества, предназначенные для употребления одновременно с пищей или введения их в состав пищевых продуктов.
Производство функциональных (лечебных, лечебнопрофилактических) продуктов питания занимает все более заметное место в пищевой промышленности развитых стран. Производство БАД — обогатителей аминокислотами, витаминами, ферментами, ДНК и др. — получило широкое развитие. В нашей стране предпочтение отдается натуральным добавкам, полученным из различного сырья, в том числе и из водных биологических ресурсов, в частности из беспозвоночных. К числу БАВ, получаемых из морепродуктов и используемых в диетическом и лечебнопрофилактическом питании, относятся жиры, богатые ПНЖК, хитин, хитозан, глюкозамин, каротиноиды, ферменты, ДНК, гидролизаты и другие вещества.
Разработана технология кисломолочных продуктов лечебно-профилактического применения с введением в рецептуру ганглиев кальмара. Количество ганглиев в рецептуре соответствует суточной дозе ганглиина, обеспечивающей лечебно-профилактический эффект. Медико-биологические испытания показали, что кратковременное и длительное потребление разработанного продукта вносит коррективы в сниженные показатели гуморального и клеточного иммунитета у животных и у больных хирургического стационара.
Лечебно-профилактический продукт — творог, приготовленный с введением в него отварных вод кукумарии японской, характеризуется повышенным содержанием кальция и наличием тритерпеновых гликозидов и рекомендуется в качестве составляющей рациона различных возрастных групп с пониженными показателями кальций- фосфорного обмена.
БАД на основе хитозана — хитоконцентрат, приготовленный с учетом способности хитозана образовывать устойчивые комплексы с молочными белками, используют для приготовления лечебно-профилактического овсяного печения.
На основе икры морских ежей разработан способ приготовления пищевого продукта с лечебно-профилактическими свойствами. Массовая доля икры морских ежей в продукте составляет 15-25%. Продукт рекомендуют для приема при онкологических, сердечно-сосудистых заболеваниях, а также как антитоксическое, гепатопротектор- ное, радиопротекторное средство.
Гидролизат из мышечной ткани кукумарии («Тин- гол-1») рекомендован в качестве БАД в производстве кефира «Бифилакт». Установлено, что продукт повышает иммунитет, восстанавливает нарушение обмена веществ.
Гидролизаты, являясь жидкостью, хорошо сочетаются с различными пищевыми компонентами, обеспечивают лечебно-профилактические свойства продуктов. С введением в рецептуры МИГИ-К ЛП® сотрудниками ВНИРО разработаны такие лечебно-профилактические продукты, как «Крем икорный» «Колбаса рыбная полукопченая Красносельская», «Ветчинадиетическая», «Паштетырыбные», сухие брикетированные изделия из круп «Хлебцы Богородские ».совместно с фирмой «Ост-Аква» —несколько видов безалкогольных напитков. Биологическая активность (радиопротекторная, гемостимулирующая) этих продуктов свидетельствуют о перспективности их применения в рационах населения экологически неблагоприятных регионов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- 1. Что понимают под биологически активными веществами?
- 2. Что понимают под биологически активными добавками?
- 3. Какую роль выполняют БАВ в питании человека?
- 4. Какую роль выполняют БАД в питании человека?
о. Каковы основные физиологические функции БАВ?
- 6. Какие существуют группы БАД?
- 7. Дайте характеристику рыбного сырья как источника получения БАВ и БАД.
- 8. Дайте характеристику безпозвоночных как источника получения БАВ и БАД.
- 9. Каковы основные направления получения БАВ и БАД из беспозвоночных?
- 10. Перечислите пищевые продукты с добавками БАВ из водных биологических ресурсов.
Качество пищевых продуктов характеризуется большим количеством показателей, к которым относятся безопасности потребления, назначения, надежности, технологические, эргономические, эстетические, экологические, которые в свою очередь состоят из единичных. С потребительской точки зрения наиболее важными показателями являются органолептические свойства, пищевая и биологическая ценность, гигиеническая безупречность, безопасность, быстрота и удобство подготовки к употреблению.
В общем виде формирование качества продуктов из водных биологических ресурсов можно представить схемой (рис. 2.6). Основные показатели качества готовой продукции определяются составом, физико-химическими, структурно-механическими и функционально-технологическими свойствами исходного сырья, полуфабрикатов,
Рис. 2.6
Схема формирования качества продуктов
вспомогательных материалов, а также режимами механической, тепловой, микробиологической, ферментативной обработки, правильный выбор которых позволяет формировать требуемое качество продукта.
Свойства, характеризующие качество продукции из водных биологических ресурсов, можно объединить в следующие группы: а —свойства функционального назначения (пищевая ценность): калорийность, массовая доля белка, жира, углеводов и неорганических веществ; б — свойства, характеризующие безопасность потребления: микробиологическая обсемененность, отсутствие токсичных, канцерогенных, аллергенных веществ; в — эстетические свойства: правильность формы, размера, четкость рисунка, состояние поверхности изделия; внешнее оформление; г — органолептические свойства: внешний вид, вкус, консистенция, цвет, запах, аромат; д — свойства, характеризующие надежность, стойкость при хранении, транспортабельность.
Свойства группы а в основном определяются качеством исходного сырья, а уровень и стабильность свойств группы б-д в первую очередь зависят от технологии, качества технологических процессов и оборудования. Применяемая технология и техника должны не только обеспечивать экономическую эффективность и целесообразность, но и гарантировать качество и пищевую ценность продукции, которые являются важнейшими критериями эффективности функционирования технологических систем.
Важное значение имеет оценка качества продукции с учетом динамики производства, выявление зависимости качества готовой продукции от технологического процесса, режима и особенностей эксплуатации технологической системы. Это позволяет определить рациональные параметры технологического процесса и конструктивные особенности оборудования.
Влияние технологических процессов на качество продуктов. Процессы механической обработки (разделки, измельчения, перемешивания, формования и др.) являются неотъемлемой частью сложного технологического цикла переработки водных биологических ресурсов. Такая обработка заключается в механическом воздействии на сырье с целью изменения его формы, размеров, его разделения на фракции и др. Основными технологическими операциями механической обработки являются разделка, измельчение, перемешивание, формование, механическое разделение.
Сырье водного происхождения подвергается интенсивному механическому воздействию рабочих органов оборудования, в результате которого в обрабатываемых объектах возникают деформации растяжения, сжатия, сдвига. Преобладающие виды деформации зависят от конструкции рабочих органов и траектории их движения. Поэтому в разных машинах одни и те же продукты имеют различные структурно-механические свойства, обусловленные процессами структурообразования. Кроме того, механическое воздействие может приводить к потере биологической и технологической ценности, ухудшению внешнего вида в результате произошедших необратимых изменений.
Тепло-массообменные процессы составляют основную часть технологического цикла обработки водных биологических ресурсов. При тепловой обработке сырье водного происхождения и продукты из него претерпевают сложные изменения биохимических и физико-химических свойств, а также видоизменения структуры и составных частей сырья. Цель применяемых процессов может быть различной: подготовка сырья к дальнейшей переработке, доведение продукта до состояния готовности к употреблению в пищу, предотвращение или уничтожение развития микрофлоры в полуфабрикате, готовом продукте или при его хранении, выделение из сырья его составных компонентов, изменение структурного состояния продукта, создание благоприятных температурных условий для проведения копчения, сушки, вяления, выпаривания, хранения, а также процессов механической обработки.
При проведении технологических процессов необходимо реализовывать интенсивные, но одновременно щадящие (мягкие) для структуры продукта режимы, позволяющие при высокой скорости обработки сырья сохранить и обеспечить его высокое качество. В большинстве случаев наиболее тонкие различия качества обнаруживаются только субъективными методами. Даже в том случае, если данные объективной оценки гарантируют качество продукта (по составу, физико-химическим свойствам, показателям безопасности), они обязательно должны быть дополнены результатами органолептической оценки.
Влияние технологического оборудования на качество продуктов. Создание, совершенствование и эксплуатация технологического оборудования для выработки продуктов из водных биологических ресурсов должны проводиться на основе изучения закономерностей формирования и прогнозирования показателей качества сырья и готовых продуктов. Эти показатели необходимо учитывать уже на стадии конструирования оборудования, а в процессе производства должна быть предусмотрена система контроля и управления качеством.
Технологическое оборудование различной конструкции, предназначенное для решения одной и той же функциональной задачи, часто отличается принципом работы, характером и степенью воздействия на перерабатываемое сырье. Конечный результат функционирования оборудования — сохранение и формирование качества получаемого продукта при условии обеспечения заданной производительности.
Наибольшее влияние на качество оказывают конструктивные, кинематические параметры оборудования, надежность его работы, технология изготовления рабочих органов. Качество продукта, получаемого после переработки в соответствующем оборудовании, характеризуется совершенством конструкции его рабочих органов и является одним из важнейших критериев для сравнения его типов.
При сравнительной оценке качества продукта должны учитываться не только его цвет, вкус и запах, но и другие свойства, свидетельствующие о сохранении в продукте пищевой и биологической ценности, консистенции и структуры, от которых зависит степень его усвоения организмом человека. Для этого необходимо определить, какие структурные изменения допустимы при переработке сырья, какие машины и аппараты и режимы их работы позволяют получить качественный продукт с оптимальной структурой. Приоритетным является оборудование с системой объективного контроля свойств перерабатываемого в данный момент сырья, позволяющей на основе полученных данных изменять режимы обработки, обеспечивая сохранение его качества и получение качественных, биологически полноценных и безопасных в санитарном отношении продуктов из водных биологических ресурсов.
На качество продуктов из водных биологических ресурсов большое влияние оказывает надежность оборудования. Она зависит от конструктивных и технологических условий его изготовления. Внезапный отказ оборудования приводит к прерыванию технологических процессов и может вызвать ухудшение качества продукта и производственные потери. Износ рабочих органов оборудования в процессе эксплуатации также неизбежно отражается на качестве получаемого продукта.
В обеспечении надежности оборудования важную роль для изготовления рабочих органов играют используемые конструкционные материалы, специальные покрытия, шероховатость рабочих поверхностей. Покрытия для технологического оборудования должны обладать высокими эксплуатационными характеристиками, сочетать неток- сичность с антиадгезионными свойствами, биологической инертностью по отношению к пищевым продуктам и фу- гицидной активностью к микроорганизмам, обладать оптимальным уровнем надмолекулярной организации, определяющим степень дефектности и неоднородности структуры контактных слоев покрытий.
Единичные показатели качества продуктов из водных биологических ресурсов должны быть использованы при оценке технического уровня оборудования. Для этого необходимо установление аналитических, эмпирических зависимостей и создание математических моделей взаимосвязи качества получаемого продукта с конструктивными, кинематическими и технологическими параметрами машин. Такой подход позволит выбрать наиболее рациональные конструкции оборудования, сократить многообразие машин, упростить их эксплуатацию и обеспечить выработку высококачественных продуктов из водных биологических ресурсов.
Для оценки качества пищевой продукции целесообразно использовать комплексные показатели качества, которые должны достаточно полно отражать общее качество оцениваемой продукции и иметь точно установленные зависимости от единичных показателей. Поскольку невозможно принять во внимание все многообразие свойств пищевой продукции, важным этапом является определение их необходимого и достаточного количества. От правильности выбора тех или иных свойств зависит достоверность оценки качества.