ВведениеХолодильная обработка – основной способ консервирования биологического сырья водного происхождения. В процессе ее осуществления вследствие фазового перехода воды в лед на белковые структуры замораживаемого сырья оказывается существенное физико-химическое воздействие. Происходят физические и химические изменения белков сырья, причем, чем меньше их глубина, тем выше пищевая ценность продукта и его технологический выход. Поэтому сохранение нативных свойств белков, биологической активности отдельных компонентов в процессе технологического воздействия на сырье – важная научно-производственная задача, решение которой обеспечит высокое качество и объемы выпускаемой мороженой рыбной продукции. Решение этой задачи специалисты связывают с применением специальных добавок, проявляющих криозащитные свойства и получивших название «криопротекторы». Они предотвращают или замедляют рост кристаллов льда, снижают степень денатурации белков, обеспечивая высокую степень обратимости свойств биологических объектов после их холодильной обработки. Криопротекторы находят практическое применение в криобиологии, криобиомедицине, косметологии, производстве фармацевтических и биофармацевтических препаратов [1, 2].Известны несколько классификаций криопротекторов. Одна из них – в зависимости от класса химических соединений. Выделены в качестве криопротекторов следующие группы веществ: многоатомные спирты (глицерин, сорбит, этиленгликоль и т. д.); углеводы (сахароза, трегалоза, лактоза и др.); амиды (диметилацетамид, мочевина и др.); оксиды (диметилсульфоксид (ДМСО) и др.); неорганические соли (цитрат натрия, фосфаты, хлорид кальция и др.); искусственные полимеры (полиэтиленгликоль и др.); натуральные биополимеры (белки, полисахариды и др.) [3].Криопротекторы различаются по способности проникать через плазматическую мембрану клетки. Выделяют эндоцеллюлярные криопротекторы, проникающие в клетки. Они за счет своих полярных молекул уменьшают количество свободной воды, способствуют образованию мелких кристаллов льда, способны взаимодействовать с полярной областью липидов, ингибировать денатурацию белков. Вторая группа криопротекторов – экзоцеллюлярные, не проникающие в клетки. Они связывают воду, уменьшают осмотический шок, способствуют процессу восстановления объектов после криообработки. Третья группа – криопротекторы смешанного действия, проявляющие свойства как проникающих, так и непроникающих криопротекторов.Традиционно используемые в крионике криопротекторы – спирты, оксиды (ДМСО) и углеводы – не могут широко применяться в производстве продуктов питания из-за их токсичности и сладковатого вкуса, поэтому поиск эффективных криопротекторов, предназначенных для холодильных технологий продуктов питания, является важной задачей научной и производственной направленности.Разрабатываются многокомпонентные криозащитные смеси, содержащие, помимо проникающих и непроникающих веществ, биологически активные вещества, измельченные до наноразмеров: диоксид кремния, гидроксиапатит, оксид алюминия и др. Они повышают теплопроводность, увеличивают вязкость, снижают криоскопическую температуру [4]. Специалисты в области холодильной обработки пищевого сырья считают перспективным использование в качестве криопротекторов природных (натуральных) веществ, как в изолированном виде, так и в составе технологических вспомогательных средств (ферментов, пищевых добавок, микроорганизмов). Предлагается использовать в качестве криопротекторов экзогенные липиды и антиоксиданты [5]. Липиды, выделенные из гидробионтов с низкими температурами фазового перехода, проявляют хорошо выраженные криозащитные свойства. Объясняется это особым составом жирных кислот морских гидробионтов, в которых преобладают ненасыщенные жирные кислоты. Установлено, что экзогенные липидные экстракты способствуют более плавному течению процесса кристаллизации, формированию кристаллов льда с более сглаженными гранями и меньших размеров.Ведутся работы по использованию в качестве криопротекторов при замораживании и хранении мясных полуфабрикатов натуральных полисахаридов: камеди рожкового дерева, камеди гуар, шрота тыквы, муки из пшеничного зародыша и зерновой добавки [6].Интерес представляют комбинированные криофилактики, включающие эндоцеллюлярные и экзоцеллюлярные криопротекторы, соли органическихи неорганических кислот, углеводы, белки, биологически активные вещества, антиоксиданты [7, 8]. Комбинированные криопротекторы хорошо стабилизируют фракции воды, способствуют формированию тонкокристаллической структуры льда, снижают эффект гиперконцентрации солей. Их преимуществом является вариабельность составов.В Дальрыбвтузе разработаны технологии сухих криоконцентратов морепродуктов, которые содержат антифризные белки, нуклеиновые кислоты, каротиноиды, полисахариды, гликозиды и другие биологически активные вещества, проявляющие криозащитные свойства [9]. В этой связи исследование криопротекторной эффективности сухих криоконцентратов морепродуктов – как отдельно взятых, так и в композициях с другими криозащитными добавками – позволит разработать криорезистентные системы для использования в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, пищевой и других отраслях.Целью работы являлось экспериментальное обоснование целесообразности использования пищевых добавок – криоконцентратов морепродуктов – в качестве криопротекторов в холодильной технологии рыбных продуктов. При реализации цели работы решались задачи исследования изменения состава и свойств рыбного фарша в процессе его холодильной обработки и оценки качества и хранимоспособности новых разработанных формованных продуктов с криопротекторами. Материалы и методики исследованийВ качестве основного сырья для производства рыбного фарша и продуктов на его основе использовали охлажденный минтай, имеющий срок хранения не более двух суток. Сырье по качественным показателям соответствовало требованиям действующей нормативной документации (ГОСТ 814-96).В качестве натуральных криопротекторных веществ использовали смесь сухих концентратов морепродуктов «Минералокорректирующая» (МНК)и сухой концентрат молок сельди тихоокеанской. Смесь МНК состоит из отдельно взятых сухих концентратов: кукумарии – 15 %, кожи осьминога – 15 %, морской капусты (ламинарии японской) – 50 %, мантии морского гребешка – 20 %.Отдельно взятые сухие концентраты и их смеси по своим характеристикам соответствовали требованиям СТО 00471515-071-2019 «Сухие концентраты из морепродуктов». Химический состав криоконцентратов морепродуктов приведен в табл. 1. Таблица 1Table 1Химический состав сухих концентратов морепродуктов*Chemical composition of dry seafood concentrates ПоказательСмесь «Минералокорректирующая»Сухой концентрат молокВода, %9,38,2Белок, %28,878,7Липиды, %3,15,0Углеводы, %35,9следыМинеральные вещества, %22,98,9Каротиноиды, мг/г0,150,03Тритерпеновые гликозиды, мг/г0,20не обнаруженыГексозамины, %2,70,9ДНК, %отсутствует31,7 * Составлено по [9]. Также в композициях криозащитных добавок использовали сорбит, поваренную соль, пектин, глицерин, которые соответствовали требованиям действующей нормативной документации.Отбор проб сырья и подготовку проб к анализу проводили по стандартным методикам (ГОСТ 31339-06, ГОСТ 7631-08). Действие криозащитных добавок исследовали при замораживании, холодильном хранении и размораживании рыбного фарша из минтая.При проведении экспериментальных работ охлажденный минтай разделывали на филе обесшкуренное, которое измельчали на мясорубке с диаметром отверстий решетки 3 мм. Грубоизмельченный рыбный фарш смешивали с навесками криозащитных добавок в смесителе при числе оборотов ножей 1 500 об/мин в течение 2 мин. Полученную тонкоизмельченную дисперсную фаршевую систему выдерживали в закрытом виде при температуре 5–8 °С в течение 30 мин и направляли на замораживание. Низкотемпературная обработка образцов рыбного фарша осуществлялась в морозильном аппарате, оборудованном холодильной установкой АМЕ-L-3х2ЕС2 на базе трех полугерметичных поршневых компрессоров 2ЕС-22-40С фирмы Bitzer. Измерение температуры осуществлялось с помощью датчиков WT-1, WT-5 с диапазоном от –70 до +300 °С, с точностью измерения ± 0,1 °С. Замораживание осуществлялось до температуры –25 °С. После замораживания опытные образцы направлялись на хранение при такой же температуре. Размораживались образцы при комнатной температуре до температуры около 0 °С.В работе использовали химические, физические, микробиологические, сенсорные методы исследования пищевых систем. Устойчивость рыбного фаршак действию низких температур характеризовали изменениями его структурно-функциональных свойств: криоскопической температуры, ВУС, потери массы при размораживании, количества бульона после термообработки, степени синерезиса фаршевого термогеля, реологических и органолептических показателей.Определение общего азота, липидов, минеральных веществ, воды осуществляли общепринятыми для пищевых продуктов методами (ГОСТ 7636–85). Также определение массовой доли воды осуществляли на влагомере ML-50 фирмы AND (Япония) в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору. Температуру сушки устанавливали 200 °С. Степень синерезиса (степень сжатия по высоте) рыбного фарша при термообработке определяли путем измерения высоты дисперсной системы дои после нагрева и рассчитывали по формулеСс = (h0 – h1) / h0 · 100, где Сс – степень синерезиса, %; h0 – высота фаршевой системы до термообработки, мм; h1 – высота фаршевой системы после термообработки, мм.Относительное количество выделившегося при термообработке бульона рассчитывали по формулеМб = М1  / М0 · 100, где Мб – относительное количество выделившегося бульона, %; М1 – количество жидкости после термообработки фарша, г; М0 – масса навески фарша, г.Сенсорная оценка качества фаршевых дисперсных систем осуществлялась дегустационной комиссией, состоящей из прошедших подготовку специалистов, с использованием разработанных нами балльных шкал в соответствии с рекомендациями и терминологией описания признаков, ставшей наиболее распространенной на практике [10, 11]. Степень устойчивости белков рыбного фарша к воздействию холода оценивали по изменению содержания солерастворимых белков до и после холодильной обработки, используя известную методику определения степени денатурации белков [12].Структурно-механические свойства фаршевых систем характеризовали динамической вязкостью и водоудерживающей способностью (ВУС). Для определения вязкости использовали вискозиметр Брукфильда RVD серия ALPHA. Водоудерживающую способность определяли методом прессования. Микробиологические показатели определяли по ГОСТ 10444.15-94, ГОСТ Р 52816-2007, ГОСТ Р 52815-2007, ГОСТ 29185-2014, ГОСТ Р 52814-2007, ГОСТ Р 51921-2002, ГОСТ 10444.12-2013.Статистическую обработку данных проводили стандартным методом оценки результатов испытаний для малых выборок. Цифровые величины, приведенные в таблицах и на графиках, представляют собой арифметические средние, надежность которых Р = 0,95, доверительный интервал ∆ ± 10 %. Результаты исследованийЭкспериментально обоснованы рациональные составы композиционных криопротекторов, включающие 1 % поваренной соли и композиции: № 1 – 2,0 % сорбита + 2,0 % смеси криоконцентратов МНК; № 2 – 2,0 % сорбита + 2,0 % криоконцентрата молок; № 3 – 3,0 % сорбита + 3,0 % смеси криоконцентратов МНК. В качестве контроля использовался рыбный фарш из охлажденного минтая без добавок.Изменение состава фаршевых дисперсных систем исследовали в процессе их холодильной обработки по стадиям технологического процесса. Результаты исследований приведены в табл. 2. Таблица 2Table 2Влияние криопротекторов на величину потерь массы рыбного фарша при его холодильной обработкеThe effect of cryoprotectors on the amount of mass loss of minced fish during its refrigeration treatmentРыбный фарш с композиционными криопротекторамиПотери при размораживании, %Количество бульона при термообработке, %после замораживанияпосле храненияперед замораживаниемпосле замораживанияпосле хранения(45 сут)С добавкой № 12,22,92,15,16,4С добавкой № 21,92,11,54,85,9С добавкой № 31,01,51,34,45,1Контроль5,36,54,812,615,7  Экспериментальные данные, приведенные в табл. 2, показывают, что введение в рыбный фарш криопротекторных композиций уменьшает потери тканевого сока рыбного фарша по разным технологическим операциям холодильной обработки более чем в 2 раза, причем в большей степени это свойство проявляет криопротекторная смесь № 3. Известно, что с водной фазой рыбного фарша теряются содержащиеся в нем ценные органические и минеральные вещества, что в целом отрицательно сказывается на пищевой ценности продукта. Кроме того, консистенция продукта становится сухой,  а также   уменьшается его технологический выход.Установленные потери фаршем водной фазы являются следствием физико-химических изменений, происходящих в дисперсной системе при ее холодильной обработке. Они связаны в основном с фазовым переходом воды в лед и денатурационными изменениями в белковых структурах рыбного фарша. Результаты исследований структурно-функциональных свойств рыбного фарша на различных технологических этапах его холодильной обработки приведены в табл. 3. Таблица 3Table 3Влияние криопротекторов на структурно-функциональные свойства рыбного фаршаThe effect of cryoprotectors on the structural and functional properties of minced fishРыбный фаршс композиционными криопротекторамиВУС, %Вязкость, Па·сСтепень синерезиса, %Степень денатурации,%Рыбный фарш с криозащитными добавками до замораживанияКонтроль78,69672,322,9С добавкой № 183,41 2311,122,3С добавкой № 284,11 2580,8522,5С добавкой № 385,91 3700,5322,8Рыбный фарш с криозащитными добавками после замораживанияКонтроль61,51 0353,743,7С добавкой № 180,81 3151,733,4С добавкой № 281,11 3341,432,9С добавкой № 382,61 3450,7232,1Рыбный фарш с криозащитными добавками после холодильного хранения 45 сутКонтроль54,61 0935,451,1С добавкой № 178,21 4012,339,4С добавкой № 279,51 4151,238,6С добавкой № 380,91 4270,8038,1  Как следует из данных, приведенных в табл. 3, замораживание и холодильное хранение ведет к ослаблению структурно-функциональных свойств рыбного фарша. Об этом свидетельствует уменьшение его ВУС и возрастание вязкости, степени синерезиса и степени денатурации белков. При этом более выраженные негативные изменения первоначальных свойств рыбного фарша отмечаются у контрольного образца. Значительно в меньшей степени они проявляются в фарше, содержащем разработанные нами композиционные криопротекторы.Исследовалось влияние криопротекторов на органолептические свойства рыбного фарша, результаты приведены в табл. 4. Таблица 4 Table 4Влияние криопротекторов на органолептические свойства рыбного фаршаThe effect of cryoprotectors on the organoleptic properties of minced fishРыбный фаршс композиционными криопротекторамиОрганолептические показатели, баллыОбщая оценка, баллывнешний видзапахвкусконсистенцияРыбный фарш с криозащитными добавками до замораживанияКонтроль5,05,05,04,819,8С добавкой № 15,05,05,05,020,0С добавкой № 25,05,05,05,020,0С добавкой № 35,05,05,05,020,0Рыбный фарш с криозащитными добавками после замораживанияКонтроль4,64,84,94,518,8С добавкой № 15,05,05,04,919,9С добавкой № 25,05,05,04,819,8С добавкой № 35,05,05,05,020,0Рыбный фарш с криозащитными добавками после холодильного хранения 45 сутКонтроль4,14,74,24,017,0С добавкой № 15,04,94,94,919,7С добавкой № 25,05,04,94,819,7С добавкой № 35,04,94,84,919,6  Органолептическая оценка рыбного фарша показывает, что качество продукта при холодильной обработке несколько снижается, в большей степени у контрольного образца, меньшей – у образцов, содержащих криопротекторы. Результаты сенсорной оценки фарша, подвергнутого холодильной обработке, хорошо согласуются с рассмотренными выше изменениями его структурно-функциональных свойств: чем глубже эти изменения, тем ниже показатели органолептической оценки. В целом же следует отметить высокую органолептическую оценку образцов, содержащих разработанные нами криопротекторные смеси. Исследовалось качество и хранимоспособность рыбных формованных продуктов, при изготовлении которых использовали разработанные нами криопротекторы.Опытные образцы готовили из свежего минтая, который обезглавливали, обесшкуривали, филетировали, измельчали на мясорубке. После внесения криопротекторов из полученной фаршевой смеси формировали брикеты высотой 20 мм, упаковывали их в полимерные пакеты. В центр брикета устанавливали термопару. Замораживали образцы в морозильном аппарате до температуры в центре образца –22 ± 2 °С, при этой же температуре осуществляли хранение в холодильной камере в течение 7 месяцев. В данном эксперименте мы расширили круг криозащитных композиций, добавив смеси: 2,0 % глицерина + 2,0 % смеси криоконцентратов МНК; 2,0 % пектин + 2,0 % криоконцентрат молок сельди тихоокеанской. В качестве контроля использовали брикеты из фарша минтая без добавления криопротекторов.В табл. 5 приведены данные исследования качественных показателей формованных изделий сразу же после их холодильной обработки. Таблица 5 Table 5Физико-химические и органолептические показатели формованных изделий с криопротекторными добавкамиPhysico-chemical and organoleptic characteristics of molded products with cryoprotective additivesГруппаПотери при размораживании,%Потери при термообработке,%ВУС,%Количество солерастворимого белка, мг/см3Усредненная органолептическая оценка, баллыВода, %Контроль0,0818,152,12,04,679,2Смесь № 10,011,681,52,24,973,2Смесь № 20,011,284,22,754,973,2Смесь № 30,011,390,22,94,975,5Глицерин 2 % ++ МНК 2 %0,042,283,32,94,876,0Пектин 2 % ++ молоки 2 %0,031,780,22,8–77,1 Данные табл. 5 показывают, что исследуемые криопротекторные смеси оказывают положительный эффект на сохранение качества формованных рыбных продуктов после их замораживания. Так, все исследуемые показатели, характеризующие состояние рыбных мышечных белков, значительно выше по сравнению контрольным образцом (без криопротектора). Эти данные дают основания рассматривать все 5 исследуемых смесей в дальнейшей работе как рабочие варианты.В продолжение работы исследовались изменения микробиологических показателей рыбных формованных изделий с криопротекторными добавками для установления их хранимоспособности. Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 6 (смесь № 1). Таблица 6 Table 6Изменение микробиологических показателей опытных образцов рыбных формованных изделийв процессе храненияChanges in microbiological parameters of experimental samplesof fish molded products during storageМикробиологический показатель, нормаПродолжительность хранения, мес.02467КМАФАнМ, не более 1 · 104 КОЕ/г1,2 · 1021,5 · 1021,8 · 1021,1 · 1031,7 · 103Плесени и дрожжи, не более 100 КОЕ/готсутствуютотсутствуютне более 10не более 20не более 30БГКП (не допускается в 0,1 г продукта)отсутствуютотсутствуютотсутствуютS. aureus (не допускается в 0,1 г продукта)Патогенные, в том числе сальмонеллы,в 25 г продуктаL. monocуtogenes (не допускается в 25 г продукта)  Экспериментальные данные табл. 6 подтверждают факт микробиологической безопасности рыбных формованных изделий с криопротекторными добавками в течение всего периода их холодильного хранения. С учетом рекомендуемого коэффициента резерва для скоропортящихся продуктов считаем возможным рекомендовать по микробиологическим показателям срок годности рыбных формованных изделий с криопротекторными добавками 6 месяцев при температуре хранения –22 ± 2 °С. Исследовались изменения органолептических свойств формованных рыбных изделий с криопротекторными добавками (табл. 7) при холодильном хранении. Таблица 7 Table 7Органолептические изменения свойств формованных рыбных изделий с криопротекторными добавкамиOrganoleptic changes in the properties of molded fish products with cryoprotective additivesСенсорный показательПродолжительность хранения, мес.0246702467Внешний видФормованные изделияс криопротекторной добавкой, смесь № 1Формованные изделияс криопротекторной добавкой, смесь № 25,04,94,94,84,45,05,04,94,84,6Цвет4,84,84,84,84,55,05,05,04,94,7Запах4,94,94,94,84,35,05,05,04,84,6Вкус4,94,94,84,74,55,04,94,94,84,7Консистенция4,94,94,84,84,64,94,94,84,84,6Комплексная оценка4,94,94,94,84,65,04,94,84,74,5  Данные табл. 7 свидетельствуют о стабильности органолептических показателей рыбных формованных изделий с криопротекторными добавками при их холодильном хранении. В целом по результатам исследований можно говорить о высоком качестве и высокой хранимоспособности новых рыбных формованных изделий с криопротекторными добавками в течение 6 месяцев. Условия хранения – упаковывание в полимерную тару, температура хранения –22 ± 2 °С.  ЗаключениеЭкспериментально обоснована целесообразность применения криоконцентратов морепродуктов в составе композиций с другими компонентами в качестве криопротекторов при холодильной обработке рыбного сырья. Исследование изменений состава и свойств рыбных фаршевых дисперсных систем в процессе их целенаправленного преобразования из сырья в полуфабрикат и готовый продукт показало высокую эффективность разработанных криозащитных систем. Следует отметить высокое качество и хорошую хранимоспособность новых видов рыбных формованных продуктов с использованием разработанных криопротекторных добавок.