ВведениеВ последние годы обозначены новые горизонты в исследованиях по выращиванию и переработке продукции аквакультуры в Астраханской области и Краснодарском крае. Формирование оптимального сбалансированного состава продуктов питания на рыбной основе предполагает глубокий анализ составных компонентов сырья [1]. Высокая пищевая и биологическая ценность рыбы и морепродуктов позволяет изготавливать специализированные продукты питания для различных возрастных групп населения [2]. В общий классификатор рыбной продукции входит рыба охлажденная, замороженная, соленая, маринованная, сушеная, вяленая, копченая и консервированная (консервы, пресервы) [3]. В перечень рыб, пригодных для выращивания в установках замкнутого водоснабжения (УЗВ), включают атлантического лосося, баррамунди, морской язык, рыб осетровых пород, радужную форель, клариевого сома, тиляпию, веслоноса, угря. Их можно использовать для производства комбинированных рыборастительных фаршированных продуктов и продукции с ароматом копчения [4]. При изготовлении копченой рыбопродукции важно учитывать экологические характеристики – минимальное содержание канцерогенных веществ коптильного дыма [5]. Специалисты кафедры технологии товаров и товароведения Астраханского государственного технического университета (АГТУ) предложили варианты использования коптильных жидкостей взамен горячего и холодного копчения. С целью получения рыбного сырья с гарантированным содержанием эссенциальных микроэлементов используют способ включения в состав кормов для рыб неорганических солей йода, кобальта, марганца, селена и цинка [6, 7]. Сотрудники Инновационного центра и лаборатории «Физиология питания рыб» АГТУ установили возможность усиления антиоксидантной активности печени гибрида тиляпии за счет включения в состав кормов экстракта сапропеля [8].Все большее распространение получает производство рыбных продуктов функциональной направленности – фаршей, снеков, сухих завтраков из мышечной ткани карпа румынского, сазана прудового, клариевого сома [9, 10]. Комплексная переработка вторичных ресурсов рыбного сырья позволяет дополнительно к основной продукции выпускать рыбий жир, желатин и коллаген [11, 12]. Усовершенствованная технология выращивания рыб в УЗВ позволяет увеличить объемы и ассортимент выпускаемой рыбной продукции [13, 14]. На основании обзора мировых тенденций здорового питания разработана макронутриентная схема содержания пищевых компонентов в рыбном сырье [15]. Обзор научно-технической литературы позволил определить основные пути интенсификации процессов переработки рыбного сырья. Целью исследований является анализ современного состояния технологии переработки рыбного сырья. К задачам исследования относится использование высокотехнологичных приемов переработки рыбного сырья, выращенного в УЗВ.Постановка задачи определена темой исследования в рамках разработки инновационных технологичных приемов переработки рыбы и разработки рецептур рыборастительных продуктов, обогащенных натуральными пищевыми добавками в виде СО2-экстрактов и СО2-шротов.Материалы и методы исследования В качестве объектов исследования выбраны североамериканский веслонос, клариевый (африканский) сом и тиляпия красная (гибрид нильской и мозамбикской тиляпии), выращиваемые в Володарском и Икрянинском районах Астраханской области.Определение химического состава рыбного сырья, пищевых добавок и готовой продукции выполнялось традиционными методами анализа и прописями Госфармакопеи.Содержание малонового диальдегида (МДА) определяли методом капиллярного электрофореза. Методика основана на образовании окрашенных соединений при реакции МДА с тиобарбитуровой кислотой (ТБК). Предварительно из липидсодержащего рыбного продукта на лабораторной установке извлекали СО2-экстракт, к которому добавляли 1,2 см3 0,5 % ТБК в 20 %-й трихлоруксусной кислоте. Смесь инкубировали, охлаждали, центрифугировали и определяли оптическую плотность при 532 и 600 нм. Расчет проводили по традиционной методике. Определение содержания белка, жира и минеральных веществ в рыбных продуктах определяли методом спектроскопии в ближней инфракрасной области по ГОСТ 31795-2012 «Рыба, морепродукты и продукция из них. Метод определения массовой доли белка, жира, воды, фосфора, кальция и золы спектроскопией в ближней инфракрасной области». Использование высокотехнологичных процессов и аппаратов для переработки рыбного сырья, выращенного в УЗВ, позволяет создавать инновационные перерабатывающие технологии. На рис. 1 приведена схема комплекса процессов и аппаратов для совершенствования технологических процессов. Рис. 1. Схема комплекса процессов и аппаратов для совершенствования технологических процессовFig. 1. Diagram of processes and apparatus for improving technological processes Результаты исследованияАпробирована усовершенствованная технология производства рыборастительных продуктов на основе мышечной ткани веслоноса, клариевого сома и тиляпии.Обработка сырья электромагнитным полем и сжиженным газом. Для снижения уровня микробной обсемененности емкостей для выращивания и перевозки рыбы, оборотной воды и инвентаря предложено использовать обработку электромагнитным полем низкой частоты. Установлено, что электромагнитное поле существенно влияет на вирулентность микроорганизмов. На кафедре «Технология продуктов питания животного происхождения» Кубанского государственного технического университета (КубГТУ) разработана установка для обработки биологических сред низкочастотным электромагнитным полем (ЭМП НЧ) и режимы воздействия на микрофлору сырья. Получена новая информация об эффективности электромагнитного воздействия на объекты в УЗВ в диапазоне от 12 до 48 Гц. Инактивация бактерий Vibrio parahaemolyticus при концентрации 105 КОЕ/мл происходит в течение 30 минут обработки. Общие закономерности воздействия ЭМП НЧ на микроорганизмы еще не установлены.В КубГТУ плодотворно работает научно-педагогическая школа по обработке сельскохозяйственного сырья сжиженными и сжатыми газами. Для обогащения рыборастительных продуктов предложено использовать уникальные пищевые добавки, извлекаемые из растительного и животного сырья жидким диоксидом углерода. Процесс извлечения ценных компонентов из растительного сырья осуществляется при температуре от 14 до24 °С и давлении 4 964–6 289 кПа. На рис. 2 приведены направления исследований по обработке воды и рыбного сырья электромагнитными и газожидкостными способами. Рис. 2. Направления исследований по обработке водыи рыбного сырья электромагнитным полем низкой частоты (НЧ) и крайне низкой частоты (КНЧ), а также диоксидом углеродаFig. 2. Research areas for water treatmentand fish raw materials by an electromagnetic field of low (НЧ) and extremely low (КНЧ) frequency, as well as carbon dioxide Представленные на рис. 2 способы обработки воды и рыбного сырья относятся к новым, прорывным технологиям. В КубГТУ разработан способ холодной стерилизации объектов с помощью ЭМП НЧ. При выполнении исследований использовали генератор ЭПМ НЧ марки GAG-810, работающий в диапазоне от 10 Гц до 1 МГц. Особенности обработки ЭМП НЧ разнообразных объектов для выращивания рыбы основаны на отклике физических и биологических сред на воздействие электромагнитного поля определенной частоты и напряженности. Водная среда, входящая в состав микроорганизмов, как открытая неравновесная система, имеет электропроводность и магнитную восприимчивость с квазистационарным градиентом концентраций C 22 м−4 (моль/м4 или кг/м4) и электрическими токами j, А/м. При этом возможно возникновение объемных зарядов плотностью 1–10 мА/см2.Для определения напряженности магнитного поля, влияющего на клетку, использовали уравнение (1)где напряженность поля Н=,n определяется как амплитуда поля.Токи экзогенной природы генерируются в объеме клетки с плотностью jэкз (2)При общей плотности зарядов в единице объема клетки формула (2) будет иметь вид (3)где jэнд – величина тока, А; 0 – электропроводность, Ом/м. При генерации магнитодинамических и электрогидродинамических сил при амплитуде с НƩ магнитной проницаемостью μ0 и плотностью объемных эндогенных зарядов ρо.з.энд, что можно выразить уравнением (4)где FƩ – сила магнитогидродинамической природы; градиент напряженности магнитного поля обозначается grad H. Суммируя выражения (1)–(4), можно записать Таким образом, на микробные клетки, находящиеся на стенках емкостей, в воде и на поверхности мышечной ткани рыб, действуют не только физические электромагнитные факторы, но и собственные электрические, метаболические и морфологические составляющие живой клетки.В результате исследований был определен химический состав мышечной ткани веслоноса, клариевого сома и тиляпии, выращенных в одинаковых условиях в УЗВ (табл. 1). Таблица 1 Table 1Химический состав мышечной ткани веслоноса, клариевого сома и тиляпии, выращенных в одинаковых условиях в установках замкнутого водоснабженияThe chemical composition of the muscle tissue of paddlefish, clarius catfish and tilapia grown in the same conditions on closed water supply installationsИнгредиентВеслоносКлариевый сомТиляпияВода, г77,0 ± 3,6275,9 ± 3,6078,08 ± 3,59Белок, г15,8 ± 0,7416,8 ± 0,7820,08 ± 0,94Жир, г4,0 ± 0,196,5 ± 0,311,70 ± 0,08Зола, г1,1 ± 0,051,2 ± 0,060,93 ± 0,04Калорийность, ккал10411596ВитаминыА, мг20,010,022,0В1, мг0,060,200,04В2, мг0,070,130,06В4, мг56,035,043,0В6, мг0,200,200,30D, мкг10,210,13,2E, мг0,51,10,4PP, мг8,25,43,9МикроэлементыI, мкг3,55,14,2Fe, мг0,818,00,6Со, мг16,019,021,0Mn, мг0,030,070,04Cu, мкг40,047,075,0Se, мкг12,02,442,0Zn, мг0,400,460,34Жирные кислотыНЖК, г0,91,20,59МНЖК, г2,001,890,50ПНЖК, г0,650,750,38 Из данных табл. 1 следует, что количество белка больше всего в мясе тиляпии (20 %), жира – в мясе клариевого сома (6,5 %). Мышечная ткань всех видов рыб имеют высокое содержание жиро- и водорастворимых витаминов, в мясе тиляпии обнаружено значительное содержание селена – 42 мкг/100 г.Определение содержания малонового диальдегида в органах и тканях рыб. Для оценки степени окисления липидов определяли содержание МДА в различных органах и тканях рыбы. Малоновый диальдегид, как конечный продукт перекисного окисления липидов, позволяет оценивать качество жировой части рыбного сырья. Первичными продуктами перекисного окисления липидов считаются липопероксиды и диеновые конъюгаты типа циклических эндоперекисей и алифатических моно- и гидроперекисей. В случае свободнорадикального окисления полиненасыщенных кислот может происходить отрыв атома водорода в α-положении в отношении двойной связи.На рис. 3 приведена диаграмма содержания МДА в тканях рыб. Рис. 3. Содержание малонового диальдегида в тканях рыбFig. 3. Malondialdehyde content in fish tissues Как видно на рис. 3, наибольшей опасности окисления липидов подвергается мозг рыб.Состав рыборастительных паштетов. Из рыбы, выращиваемой в УЗВ, мы разработали рыборастительные паштеты, для обогащения которых пищевыми волокнами использовались овощи и СО2-шроты. В табл. 2 приведены рецептуры паштетов с использованием фарша веслоноса, клариевого сома и тиляпии. Таблица 2Table 2Рецептуры рыбных паштетовFish pate recipes КомпонентВеслоносКанальный сомТиляпия%Фарш веслоноса65––Фарш клариевого сома–65–Фарш тиляпии––65Морковь вареная101010Лук репчатый666Масло виноградное555СО2-шрот гороха543СО2-шрот амаранта345СО2-экстракт перца черного0,0040,0040,004СО2-экстракт мускатного ореха0,0060,0060,006Соль пищевая2,02,02,0Легкая вода на гидратациюдо 100 % массы В рецептурный состав паштетов входит как рыбное, так и растительное сырье. В качестве растительного сырья использовались овощные ингредиенты (морковь вареная и лук репчатый), которые придают паштетам нежную консистенцию, и СО2-шроты гороха и амаранта, которые обеспечивают продукт не только пищевыми волокнами, но и растительным белком, макро- и микроэлементами. СО2-шроты представляют собой тонкоизмельченные белково-углеводно-липидные пищевые добавки, для гидратации которых использовали легкую воду с пониженным содержанием дейтерия. СО2-экстракты перца черного горького и мускатного ореха, дозировка которых очень мала, вносят в фарш в растворе масла из семян винограда, что придает приятный аромат продукту.В табл. 3 приведен химический состав СО2-экстрактов, используемых в качестве ароматизаторов для рыборастительных продуктов. Таблица 3Table 3Химический состав СО2-экстрактовChemical composition of CO2-extractsПродуктПоказателиПлотность, г/см3Показатель преломленияК.ч. мг КОНЭ.ч. мг КОНОсновной компонентСО2-экстракт мускатного ореха0,93441,51504878пинен, камфенСО2-экстракт перца черного0,94401,50181422пиперин Основные компоненты используемых СО2-экстрактов – пинен, камфен и пиперин – обладают не только ароматическими, но и антиоксидантными и антимикробными свойствами. В табл. 4 приведен химический состав СО2-шротов, используемых в качестве белково-углеводных наполнителей для рыборастительных продуктов. Таблица 4 Table 4Химический состав СО2-шротовChemical composition of CO2-mealПродуктМассовая доля компонента, г/100 гбелокуглеводыжирвлагазолаСО2-шрот амаранта 14,658,25,711,02,8СО2-шрот гороха24,349,60,810,52,9 В табл. 5 приведен химический состав разработанных рыборастительных паштетов. Таблица 5 Table 5Химический состав рыборастительных паштетовChemical composition of fish patesНаименование паштета из мяса рыб и добавокМассовая доля, %МДА, мг/кгводабелокжируглеводызолаКонтроль «Карп»7015,45,1172,50,82«Веслонос»5717,24,319,32,20,71«Клариевый сом»4917,86,623,53,10,62«Тиляпия»6320,71,811,62,90,55 Как показано в табл. 5, за счет использования СО2-экстрактов степень окисленности разработанных рыборастительных паштетов сравнительно низкая по сравнению с контролем.Переработка вторичных рыбных ресурсов Полученное в результате разделки рыбы вторичное сырье в виде костей, плавников и внутренностей (без кишок) предложено перерабатывать на пищевую рыбную муку и рыбий жир. На рис. 4 приведена аппаратурно-технологическая схема переработки вторичных ресурсов. Рис. 4. Аппаратурно-технологическая схема переработки вторичных рыбных ресурсов: 1 – бункер для загрузки сырья; 2 – наклонный транспортер; 3 – инспекционный транспортер; 4 – измельчитель сырья в подкисленной среде; 5 – тележка; 6 – аппарат гидротермической обработки; 7 – сборная емкость; 8 – декантер; 9, 10 – сборники жира; 11 – сепаратор; 12 – сушильная установкаFig. 4. Apparatus and technological scheme of processing secondary fish resources: 1 - bunker for loading raw materials; 2 - inclined conveyor; 3 - inspection conveyor; 4 - grinder of raw materials in the acidified medium; 5 - cart; 6 - apparatus for hydrothermal treatment; 7 - collecting tank; 8 - decanter; 9, 10 - fat containers; 11 - separator; 12 - drying unit Предварительно подготовленные отходы от переработки рыбы загружаются в установку для переработки вторичных ресурсов, измельчаются в подкисленной воде под избыточным давлением углекислого газа, масса прогревается и разделяется на фракции. В табл. 6 представлен химический состав полученной пищевой рыбной муки. Таблица 6Table 6Химический состав пищевой рыбной мукиChemical composition of fishmealИнгредиентКоличество в г/100 гБелки69Жиры8Вода9Незаменимые аминокислотыАргинин*4,3Валин4,0Гистидин*1,5Изолейцин3,1Лейцин5,0Лизин5,3Метионин2,5Треонин2,8Триптофан0,7Фенилаланин2,6*Условно незаменимые аминокислоты. Полученная рыбная мука содержит большое количество белка и все незаменимые аминокислоты, она может быть использована не только для кормовых, но и для пищевых целей.В табл. 7 представлен химический состав полученного рыбьего жира. Таблица 7Table 7Химический состав пищевого рыбьего жираChemical composition of fish oilЖирнокислотный составКоличество, в % от общего содержания жирных кислотНасыщенные жирные кислоты, в том числе22,6014:0 Миристиновая3,5716:0 Пальмитиновая10,6118:0 Стеариновая2,80Мононенасыщенные жирные кислоты46,7316:1 Пальмитолеиновая8,3118:1 Олеиновая (омега-9)20,6620:1 Гадолеиновая (омега-11)10,4322:1 Эруковая (омега-9)7,33Полиненасыщенные жирные кислоты, в том числе30,6718:2 Линолевая0,9418:3 Линоленовая0,9218:4 Стиоридовая (омега-3)0,9320:4 Арахидоновая0,9420:5 Эйкозапентаеновая (омега-3)6,90Омега-3 жирные кислоты11,9122:5 Докозапентаеновая (омега-3)0,9422:6 Докозагексаеновая (омега-3)10,97Омега-6 жирные кислоты1,88 Полученный рыбий жир содержит значительное количество полиненасыщенных жирных кислот, среди которых особенно ценными являются жирные кислоты, относящиеся к группе Омега-3. Поэтому полученный жир может использоваться для лекарственных целей и обогащения пищевых продуктов.ЗаключениеПереработка мышечной ткани рыб, выращиваемых в Астраханской области и предназначенных для производства рыборастительных продуктов, весьма актуальна. Объектами исследования выбраны высокопродуктивные породы рыб – веслонос, клариевый сом и тиляпия. Исследован химический состав мяса рыб и способ снижения микробной обсемененности сырья с помощью электромагнитного поля низкой частоты и способы электрофизической и газожидкостной обработки сырья. Апробированы способы переработки вторичных рыбных ресурсов на рыборастительные продукты, пищевую рыбную муку и рыбий жир с использованием газожидкостных технологий. Использование в качестве биомаркера окисления липидов рыбных продуктов малонового диальдегида как конечного продукта перекисного окисления рыбного жира позволяет оценивать качество сырья и полученных рыборастительных паштетов.