Состояние проблемыВ 2023 г. в Астраханской области, суммарно во внутренних водоемах и Каспийском море, в целях промышленного рыболовства добыто 43,1 тыс. т водных биологических ресурсов и выращено предприятиями рыбохозяйственного комплекса 20,6 тыс. т объектов товарной аквакультуры, в том числе осетровых 2,4 т. Среди рыбных ресурсов промышленного рыболовства по объемам добычи преобладают следующие виды рыбы: лещ, карась, сом, красноперка, сазан, щука, судак, вобла, окунь, жерех. Из выращенных рыбных объектов товарной аквакультуры преобладают по объемам производства карп, толстолобик, белый амур и осетровые (осетр и стерлядь). Большая часть рыб Волго-Каспийского бассейна имеют чешую, которая при переработке отделяется и может быть вторичным ресурсом переработки. Состояние чешуи зависит от способа переработки рыбы, возможно наличие примесей и сопутствующих компонентов. Массовая доля чешуи в зависимости от вида рыбы составляет 2,0–9,7 %, следовательно, сырьевые запасы чешуи рыб как вторичного сырьевого ресурса могут достигать тысяч тонн [1, 2]. В настоящее время традиционным направлением переработки чешуи рыб является производство кормовых продуктов. Результаты современных научных исследований показывают возможности переработки чешуи разных видов рыб для получения продуктов с высокой добавленной стоимостью пищевого назначения [3–18]. Для переработки чешуи учитываются региональные, видовые и технологические аспекты накопления этого сырьевого источника. Таким образом, для формирования современных направлений рациональной переработки чешуи рыб Астраханской области необходимо проведение углубленного изучения этого вторичного ресурса. Именно количественное соотношение различных веществ, макро- и микронутриентов в составе чешуи определяет функционально-технологическую ценность сырья и во многом является отправной точкой в решении вопроса о рациональных путях его использования. Цель исследования заключается  в  определении  направлений рациональной переработки чешуи рыб Астраханской области. Задачи исследования: классификация и дифференциация чешуи рыб; исследование размерно-массовых характеристик чешуи рыб Астраханской области; определение химического и фракционного состава чешуи рыб Волго-Каспийского бассейна и объектов товарной аквакультуры. Объекты и методы исследованияОбъектами исследования послужила чешуя рыб Астраханской области: рыб семейства карповых (Cyprinidae): сазана (Cyprinus carpio), карпа (Cyprinus carpio), красноперки (Scardinius erythrophthalmus), карася золотого (Carassius carassius), леща обыкновенного (Abramis brama), воблы (Rutilus caspicus), жереха (Aspius aspius), белого амура (Ctenopharyngodon idella), толстолобика обыкновенного (Hypophthalmichthys molitrix); рыб семейства окуневых (Percidae): судака обыкновенного (Sander lucioperca), окуня пресноводного (Perca fluviatilis); рыб семейства щуковых (Esocidae): щуки обыкновенной (Esox lucius); рыб семейства осетро́вых (Acipenseridae): русского осетра (Acipenser gueldenstaedtii).Для исследования использовали чешую промысловых рыб (карась, сазан, лещ, щука, судак, вобла, окунь, жерех, красноперка), перерабатываемых на предприятии ООО «Холодильник Володарский» в весенний и осенний период; объектов товарной аквакультуры (белый амур, карп, толстолобик), перерабатываемых на предприятии ИП Дербасов Михаил Владимирович; осетра, реализуемого ООО «АРК "Белуга"». Исследования проводили в ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет» в лаборатории «Техника и технологии биополимеров». Отбор проб чешуи проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 7636-85, ГОСТ 31339-2006, ГОСТ 7631-2008. В работе использовали стандартные и модифицированные методы. Размерные характеристики чешуи определяли с использованием штангенциркуля. Исследование химического состава объектов (содержание влаги, жира, белка и золы) проводили согласно ГОСТ 7636-85. Массовую долю влаги определяли высушиванием навески до постоянной массы при 100–105 °С. Содержание золы устанавливали методом сжигания. Массовую долю жира определяли экстракционным методом на полуавтоматическом аппарате экстракции по Сокслету АСВ-6. Содержание белка определяли методом Кьельдаля на установках Turbotherm и Vapodest-30, фракционный состав белковых веществ чешуи – последовательным экстрагированием белковых фракций специфическими растворителями. Содержание водои солерастворимой фракций белковых веществ определяли методом экстракции белков водой и 0,6 М, или 0,6-молярным раствором, КСl соответственно с последующей минерализацией экстрактов и отгонкой по методу Кьельдаля. Для определения содержания целевого компонента – коллагена – использовали навеску после выделения водо- и солерастворимых белков, которую подвергали автоклавированию в паровой среде (температура 150 °С, давление 0,15 МПа) в течение 1,5 ч, повторное – при аналогичных режимах в течение 1 ч. Полученный экстракт отправляли на минерализацию с последующей отгонкой по методу Кьельдаля для определения содержания общего азота. Для определения содержания сопутствующих коллагену веществ белкового происхождения, нерастворимых в воде даже при температуре 150 °С, исследовали нерастворимый остаток чешуи, полученный после процесса автоклавирования и называемый в литературе ихтиолепедин. Навеску ихтиолепедина также отправляли на минерализацию с последующей отгонкой по методу Кьельдаля для определения содержания азота сопутствующих коллагену веществ белкового происхождения.Для исключения субъективизма и минимизации влияния человеческого фактора, а также для получения статистически значимых результатов экспериментальное определение для каждого образца и/или пробы проводили в не менее трех повторениях, в качестве окончательного результата выступало среднее арифметическое значение при допускаемом относительном расхождении величин 5 %. Полученные данные интерпретировали и обрабатывали с использованием общепринятых алгоритмов и методов математической статистики, графических программ и приложений.  Результаты исследования и обсуждение Для описания полного и всестороннего научно-практического исследования в работе представлены результаты изучения ихтиологических особенностей, структуры, классификации, состава и свойств чешуи рыб как вторичного ресурса для переработки. Большинство рыб Астраханской области покрыты чешуей, хотя у некоторых она редуцируется, например, сомы утратили ее в процессе эволюции. Чешуйчатый покров рыб обеспечивает хорошую обтекаемость тела, за счет предотвращения образования складок кожи при быстром движении, сглаживания ее неровностей рыбы получают возможность быстрого перемещения в воде и защиты мышечных волокон от повреждений и внутренних органов от давления воды. Выделяют три типа чешуи, которые различаются по химическому составу, форме и размеру: плакоидная, ганоидная и эласмоидная (табл. 1). Таблица 1Table 1Классификация и характеристика типов чешуи рыбClassification and characterization of fish scale typesНаименование и внешний видХарактеристика и основные представителиНаиболее древняя чешуя, свойственная ископаемым рыбам,а также современным акулам и скатам. Представляет собой отдельное коническое образование, погруженное в дерму, на поверхности под углом остается мощный шип. Плакоидная чешуя отличается высокой прочностью, состоит из дентина и соединительной ткани, снаружи покрыта особой эмалью – витродентином. Чешуя внутри заполнена рыхлой соединительной тканью с кровеносными сосудами и нервными окончаниями. Утраченная чешуя не возобновляется, но при росте рыбы количество чешуек увеличивается. Окончание табл. 1Ending of Table 1Наименование и внешний видХарактеристика и основные представителиГаноидная чешуя состоит из отдельных чешуек, или жучек,в виде ромбообразных пластин. Такая чешуя имеет многослойное строение, верхний слой уплотненный – ганоин, средний – космин, содержит многочисленные полости; нижний – изопедин, состоит из костного вещества, сильно насыщенного солями кальция и магния. В настоящее время ганоидная чешуя присутствует у осетровых рыб. У осетра пять рядов жучек, которые проходят вдоль всего тела на спине, брюхе и по бокам.Эласмоидная чешуя свойственна современным костистым рыбам. Делится на две группы: циклоидную и ктеноидную, в зависимости от строения. Циклоидная чешуя имеет округлую формуи гладкий внешний край. На нем присутствуют радиальные борозды, сходящиеся приблизительно к центру. Такая чешуя характерна для рыб семейства карповых.Ктеноидная чешуя, так же, как циклоидная, имеет округлую форму, но отмечается расчленение краниального поля (погруженного в чешуйный кармашек) на глубоко вырезанные фестоныи наличие на внешнем крае ктений (ряда копьевидных костных выростов или шипов), поэтому она называется ктеноидная. Эта чешуя характерна для рыб семейства окуневых и щуковых.  Рыбы Астраханской области имеют ганоидную и эласмоидную чешую. Чешуя осетровых рыб относится к отдельному типу – ганоидная. Она значительно отличается от эласмоидной по внешнему виду, текстуре и залегает непосредственно в коже рыбы. Ее можно отделить с поверхности только после бланширования горячей водой, без обработки она механически не отделяется от кожи. У преобладающих по объемам добычи промысловых рыб Волго-Каспийского бассейна семейства карповых и основных рыбных объектов товарной аквакультуры эласмоидная циклоидная чешуя. У окуня, судака и щуки эласмоидная ктеноидная чешуя. Этот тип чешуи образует чешуйчатый покров из перекрывающихся подобно черепице чешуек. Один край чешуи находится в чешуйном кармашке, он как бы входит в кожу и называется краниальный, а свободный край (каудальный) налегает на следующую чешую. Таким образом, тело рыбы находится под двойным слоем чешуи. Разновидности этого типа чешуи схожи по строению и визуально, но тактильно ктеноидная чешуя отличается от циклоидной наличием костных выростов – ктений (шипов) – на наружном крае [19, 20]. Эласмоидную чешую можно отделить от кожи рыбы механическими движениями, ножом или специальным устройством, от хвоста к голове, при этом она выпадает из чешуйчатого кармашка и отделяется от рыбы.Следует отметить, что каудальный край эласмоидной чешуи покрыт специфическим пигментным эпителием, который содержит в себе пигментные клетки, называемые хроматофорами. Они бывают четырех видов: меланофоры (коричневые и черные), ксантофоры (желтые), эритрофоры (красные), гуанофоры (золотистые и серебристые). В основном чешуя изученных видов рыб содержит меланофоры и гуанофоры, которые содержат кристаллы гуанина. Дифракция падающего света на гранях гуаниновых пластин вызывает появление характерной переливающейся (иридирующей) окраски. Содержание гуанина в чешуе рыб 0,2–0,4 % – для сельдевых рыб, 0,3–0,65 % – для пресноводных карповых рыб [21]. Пигментные клетки связаны с другими структурными компонентами чешуи и могут быть отделены в процессе ее обработки.По своему строению чешуя эласмоидного типа является комплексом из тонких концентрических, расположенных друг на друге «костных» пластинок (слоев). Слои имеют фибриллярную структуру, значительная часть которой минерализована, содержит различные органические включения.  Минеральный состав чешуи рыб представлен в основном солями кальция, фосфора, магния, натрия и др. Преобладает фосфорнокислый кальций (33–43 % массы сухого вещества), присутствует небольшое количество карбоната кальция (1–1,5 %), а также фосфат магния, карбонат калия и натрия, фтористый натрий и соли железа [21].Чешуя костистых рыб покрыта слизью. Ганоидная чешуя осетровых имеет поверхностный эпителиальный слой, также покрытый слизью. Слизь рыб представляет собой вязкий раствор муцина, связанного с небольшим количеством белковых веществ низкой молекулярной массы. В воде муцины плохо растворяются, но набухают, в разбавленных растворах кислот также не растворяются. В растворах средних солей и едких и углекислых щелочей, а также в известковой воде слизь растворяется. Слизь является благоприятной средой для развития микроорганизмов, степень обсемененности исходного сырья значительно предопределяет качественный состав микрофлоры готового продукта. Перед началом процесса переработки чешуи рыб ее необходимо отделить от слизи, например солевым раствором поваренной соли и многократным промыванием.Массовый выход чешуи рыб изменяется в зависимости от вида рыбы, способа ее отделения и обработки (ручная разделка, гидроудар, чешуесъемный барабан и др.). Средний выход чешуи к общему весу рыбы составляет (в %): лещ – 4,7; карась – 8,0; сазан – 5,0; щука – 3,1; судак – 2,4; белый амур – 4,5; карп – 5,9; толстолобик – 2,5; осетр – 0,4. Наибольший выход эласмоидной чешуи – от карася, 8,0 %, наименьший от судака – 2,4 %. У осетра выход чешуи самый минимальный из представленных видов рыб – 0,4 %.Чешуя рыб имеет многослойное продольное строение, в связи с этим сложно подвергается измельчению, поэтому для технологических целей важным параметром чешуи рыб являются ее размерные характеристики. Результаты исследования толщины и среднего размера чешуи рыб представлены в табл. 2.  Таблица 2Table 2Размерные характеристики чешуи рыб Астраханской области Dimensional characteristics of fish scales of the Astrakhan regionВидТолщина чешуи, мкмСредний размер, ммБелый амур (осень)15520,5Вобла (весна)759,0Карась (осень)36217,0Карп (осень)22018,9Лещ (весна)8411,0Осетр (осень)94212,5Сазан (осень)23118,8Судак (осень)1886,7Толстолобик (осень)797,7Щука (осень)827,5Окунь (осень)1167,1  Размерные характеристики чешуи воблы и леща получены от мороженой дефростированной рыбы весеннего вылова. Также следует отметить, что эти виды рыб, а также красноперка, в основном направляются на посол и перерабатываются без предварительного отделения чешуи, отделение чешуи возможно после посола и вяления в основном вместе с кожей. Другие виды рыб, как правило, перерабатываются после отделения чешуи. Разделка на филе с последующим замораживанием, кулинарная продукция, консервное производство – это основные виды технологической обработки, при которой чешуя полностью отделяется. Чешуя от этих рыб отделяется и собирается в емкости после ручной разделки рыбы, отделения гидроударом или использования чешуесъемного барабана.Установлено, что средний размер чешуи рыб Астраханской области варьирует от 6,7 до 20,5 мм, наибольший размер отмечен у белого амура –20,5 мм, карпа – 18,9 мм и сазана – 18,8 мм, наименьший у судака – 6,7 мм и окуня – 7,1 мм. Средняя толщина чешуи варьирует от 79 мкм (толстолобик) до 942 мкм (осетр). Среди эласмоидной чешуи наибольшая толщина у чешуи карася – 362 мкм. Следует отметить отклонение в размерных характеристиках чешуи исследованных рыб на уровне 7,2–23,0 %, что обусловлено отличием размерных характеристик в зависимости от расположения чешуи на теле рыбы. Наибольшее расхождение отмечено у осетра, его чешуя также значительно отличается по форме. Следует отметить, что мелкую чешую имеют представители ктеноидной группы (судак – 6,7 мм, окунь – 7,1 мм, щука – 7,5 мм), а также толстолобик, средний размер его чешуи – 7,7 мм, а толщина – 79 мкм. Таким образом, чешуя рыб Астраханской области различается по типу, форме и размерно-массовым характеристикам. Исследование показателей безопасности чешуи рыб на соответствие требованиям ТР ТС 021 и ТР ЕАЭС 040 по содержанию токсичных элементов, пестицидов, радионуклидов, полихлорированных бифенилов, ДДТ и его метаболитов показало соответствие регламентируемым требованиям [22]. Следовательно, чешуя исследованных видов рыб Астраханской области может направляться на переработку для пищевых целей.  Для определения функционально-технологической ценности чешуи рыб и нахождения рациональных путей ее переработки проводили исследование химического состава. Имеющиеся в информационных источниках данные [23–25] расширены и дополнены сведениями общего химического состава чешуи некоторых видов рыб Волго-Каспийского бассейна и рыбных объектов товарной аквакультуры (табл. 3).  Таблица 3Table 3Химический состав чешуи рыб Волго-Каспийского бассейнаи рыбных объектов товарной аквакультуры Астраханской областиChemical composition of scales of fish of the Volga-Caspian basinand fish objects of commercial aquaculture of the Astrakhan regionВид Содержание (на сухой вес), %жираминеральных веществазотсодержащих веществ (ОА · 5,55) Рыбные ресурсы промышленного рыболовстваВобла0,139,160,8Жерех0,142,857,1Карась 0,240,459,4Красноперка0,240,159,7Лещ0,138,161,8Сазан0,231,168,7Судак0,155,744,2Окунь0,156,743,2Щука0,143,356,6Рыбные объекты товарной аквакультурыБелый амур0,133,9766,0Карп0,143,956,0Осетр5,664,529,9Толстолобик0,131,468,5  Химический состав эласмоидной чешуи исследуемых видов рыб отличается высокой долей азотсодержащих веществ, содержание которых варьирует от 43,2 % у окуня до 68,7 % у сазана. Наиболее высокое содержание азотсодержащих веществ в чешуе сазана (68,7 %), толстолобика (68,5 %), белого амура (66,0 %). Относительно низкий уровень азотсодержащих веществ отмечен в чешуе окуня (43,2 %) и судака (44,2 %).В ганоидной чешуе осетра, в отличие от эласмоидной чешуи, содержание азотсодержащих веществ составляет 29,9 %, что в 2,3 раза меньше, чем в чешуе сазана, и в 1,5 раза меньше, чем в чешуе окуня.Содержание минеральных веществ в чешуе исследованных видов рыб составляет от 31,1 % (сазан) до 56,7 % (окунь). В чешуе осетра отмечается максимальное содержание минеральных веществ – 64,5 % среди исследованной чешуи. Содержание жира в эласмоидной чешуе исследуемых рыб составляет  0,1–0,2 %. Исключительно в чешуе осетра обнаружено содержание жира 5,6 %. Это обуславливается особенностями залегания ганоидной чешуи непосредственно в коже рыбы. Механически она не отделяется от кожи рыбы. Для исследования ее отделяли от кожи после бланширования горячей водой. Даже после очистки от кожи чешуя осетра имеет остаточное содержание жира. Для отделения остаточного жира с поверхности чешуи осетра требуется дополнительная технологическая обработка. Для полного исследования белков чешуи как ценного в пищевом плане компонента исследовали фракционный состав белков чешуи. Определяли содержание водо-, соле-, и щелочерастворимых фракций белков, а также содержание нерастворимой белковой части чешуи рыб. Средний фракционный состав белков чешуи исследуемых видов рыб представлен в табл. 4.  Таблица 4Table 4Фракционный состав белков чешуи рыб Волго-Каспийского бассейнаи рыбных объектов товарной аквакультуры Астраханской областиFractional composition of proteins of scales of fish of the Volga-Caspian basinand fish objects of commercial aquaculture of the Astrakhan regionВид рыбыСодержание общего азота (ОА · 5,55) Содержание фракции белков (в % к сухому веществу)водорастворимаясолерастворимаящелочерастворимая (коллаген)нерастворимаяВобла60,81,01,051,27,6Жерех57,11,50,943,810,9Карась 59,41,72,847,17,8Красноперка59,71,00,950,67,2Лещ61,82,62,748,37,9Сазан68,72,22,256,56,1Судак44,22,32,336,33,4Окунь43,20,31,233,48,3Щука56,62,32,346,85,2Рыбные объекты товарной аквакультурыБелый амур66,01,20,651,213,0Карп56,01,32,446,06,3Осетр29,90,80,716,711,7Толстолобик68,52,32,358,45,6  Большая часть азотсодержащих веществ эласмоидной чешуи (76,7–85,3 %) представляет собой щелочерастворимые белки, в частности коллаген. Высокое содержание коллагена отмечено в чешуе толстолобика (58,4 %) и сазана (56,5 %). В чешуе окуня минимальное содержание коллагена среди эласмоидной чешуи – 33,4 %, это в 1,75 раз меньше чемв чешуе толстолобика. В ганоидной чешуе осетра содержание щелочерастворимого белка 16,7 %, это составляет 55,9 % от общего содержания белка. Также следует отметить, что в чешуе осетра на 50 % меньше коллагена, чем в эласмоидной чешуе окуня с самым низким содержанием коллагена. Из всех исследуемых рыб в чешуе осетра самое низкое содержание щелочерастворимых белков, что обуславливается особенностями формирования именно этого типа чешуи. Сопутствующие коллагену вещества белкового происхождения представлены склеропротеинами – кератин, эластин, ретикулин; протеинами – альбумины и глобулины; а также группой глюкопротеидов, основными представителями которой выступают мукоиды, муцины, меланины и мукополисахариды. Они являются компонентами основного вещества чешуи рыб и играют значимую роль в организации структуры коллагена.Чешуя всех исследованных видов рыб содержит приблизительно равное количество водорастворимых (0,3–2,6 %) и солерастворимых белков (0,6–2,8 %), представленных в основном альбуминами и глобулинами. Появление этих белков объясняется адсорбцией на поверхности чешуи слизи, которую возможно отделить при гидромеханической обработке чешуи как вторичного ресурса. Содержание в чешуе сопутствующих коллагену нерастворимых веществ белкового происхождения колеблется в пределах от 3,4 % для судака до 13,0 % для белого амура. В литературных источниках этот специфический альбуминоид – смесь белковых веществ, представленных в основном эластином и ретикулином – называют ихтиолепидин. Следует отметить, что в отличие от коллагена указанные белки не растворяются в воде при нагревании, следовательно, не перейдут в раствор после гидролиза и извлечения коллагена, остаются в остатке (отходах).Анализируя данные химического состава чешуи рыб, следует отметить превалирующую массовую долю белка, основным компонентом которого является коллаген (76,7–85,3 %), от общего количества азотсодержащих веществ и низкую массовую долю сопутствующих компонентов. Однако примеси имеют разный характер, от минеральных веществ в свободном и связанном состоянии до низкомолекулярных азотистых веществ. Проведенный сравнительный анализ химического состава чешуи различных видов рыб указывает на существенные отличия в соотношении компонентов в зависимости от вида исследуемой рыбы.Таким образом, на основании исследований состава чешуи рыб предоставляется возможным провести ее классификацию по содержанию коллагена и условно разделить на 3 группы (рис.). Классификация чешуи рыб Астраханской области в зависимости от содержания коллагена Classification of fish scales of the Astrakhan region depending on the collagen content  Наиболее перспективной и ценной в отношении содержания щелочерастворимой фракции азотистых веществ является чешуя 1 и 2 групп, которые рекомендованы на переработку с целью выделения белка. ЗаключениеВ результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что чешуя рыб Астраханской области представлена двумя типами: ганоидная у осетровых и эласмоидная у большинства промысловых и прудовых рыб. Чешуя имеет разные размерно-массовые характеристики в зависимости от вида рыбы. Массовый выход чешуи от целой рыбы составляет от 0,4 % у осетра до 8,0 % у карася. Содержание азотсодержащих веществ в чешуе исследованных рыб варьирует от 43,2 % у окуня до 68,7 % у сазана, щелочерастворимой фракции белка выявлено 16,7–58,4 %. Помимо целевого компонента выявлены примеси водо- и солерастворимых белков и минеральных веществ. Чешую рыб Астраханской области классифицировали на 3 группы по химическому составу с учетом перспектив переработки для извлечения белка.