Функциональные свойства пищевых волокон и их применение в технологии рыбной продукции

В представленном обзоре приведены современные научные представления о роли пищевых волокон растительного (клетчатка и гидроколлоиды) и животного (хитозан и коллаген) происхождения в пищевых системах. Основное внимание уделяется их значимости и способам применения в технологии рыбной продукции. Пищевые волокна рассматриваются как важные компоненты рациона питания, обеспечивающие профилактику и регуляцию физического и психического здоровья населения. Использование рыбных продуктов способствует не только обогащению сырья функциональными ингредиентами, но и повышению эффективности переработки исходного сырья, в том числе недоиспользуемых водно-биологических ресурсов. Показано влияние пищевых волокон на реструктуризацию рыбных мышечных систем, способность удерживать воду и жиры, стабилизировать эмульсии, изменять сенсорные характеристики, увеличивать выход готовой продукции, а также на сроки ее хранения. Рассмотрены механизмы участия отдельных групп пищевых волокон в физико-химических и биохимических процессах взаимодействия с компонентами рыбного сырья, изучено влияние различных условий обработки на гелеобразование и формирование эмульсий. Приведены факторы, обеспечивающие антимикробное и антиоксидантное действие различных пищевых волокон. Отдельно проанализированы свойства и примеры применения коммерческих препаратов клетчатки из различных источников, выявлено значение молекулярной структуры хитозана и коллагена для обеспечения задаваемых технологических параметров. Сделан вывод о том, что использование пищевых волокон в процессе изготовления рыбной продукции приводит к увеличению экономической эффективности производства и способствует развитию индустрии здорового питания.

1. Li, Y.-O., Komarek, A.R. (2017). Dietary fibre basics: Health, nutrition, analysis and applications. Food Quality and Safety, 1(1), 47–59. https://doi.org/10.1093/fqsafe/fyx007

2. Mehta, N., Ahlawat, S.S., Sharma, D.P., Dabur, R.S. (2015). Novel trends in development of dietary fiber rich meat products — a critical review. Journal of Food Science and Technology, 52(2), 633–647. https://doi.org/10.1007/s13197–013–1010–2

3. EFSA (2017). Dietary reference values for nutrients summary report. EFSA Supporting Publication, 14(12), Article e15121.https://doi.org/10.2903/sp.efsa.2017.e15121

4. Методические рекомендации МР 2.3.1.0253–21 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» Утверждены Руководителем Роспотребнадзора, Главным санитарным врачом Российской Федерации А. Ю. Поповой 22 июля 2021 г. Электронный ресурс https://www.rospotrebnadzor.ru/upload/iblock/789/1.-mr-2.3.1.0253_21-normy-pishchevykh-veshchestv.pdf Дата доступа 12.03.2023.

5. Gibson, R., Eriksen, R., Chambers, E., Gao, H., Aresu, M., Heard, A. et al. (2019). Intakes and food sources of dietary fibre and their associations with measures of body composition and inflammation in UK adults: cross-sectional analysis of the airwave health monitoring study. Nutrients, 11(8), Article 1839. https://doi.org/10.3390/nu11081839

6. Пырьева, Е.А., Сафронова, А.И. (2019). Роль и место пищевых волокон в структуре питания населения. Вопросы питания, 88(6), 5–11. https://doi.org/10.24411/0042–8833–2019–10059

7. Borderıas, A., Sanchez-Alonso, I., Perez-Mateos, M. (2005). New applications of fibres in foods: Addition to fishery products.Trends in Food Science Technology, 16(10), 458–465. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2005.03.011

8. Moreno, H.M., Herranz, B., Pérez-Mateos, M., Sánchez-Alonso, I., Borderías, J.A. (2014). New alternatives in seafood restructured products. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 56(2), 237–248. https://doi.org/10.1080/10408398.2012.719942

9. Jannat-Alipour, H., Rezaei, M., Shabanpour, B., Tabarsa, M., Rafipour, F. (2019). Addition of seaweed powder and sulphated polysaccharide on shelf-life extension of functional fish surimi restructured product. Journal of Food Science and Technology, 56(8), 3777–3789. https://doi.org/10.1007/s13197–019–03846-y

10. Debusca, A., Tahergorabi, R., Beamer, S.K., Partington S., Jaczynski, J. (2013). Interactions of dietary fibre and omega-3-rich oil with protein in surimi gels developed with salt substitute. Food Chemistry, 141(1), 201–208. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2013.02.111

11. Slavin, J. (2013). Fiber and prebiotics: mechanisms and health benefits. Nutrients, 5(4), 1417–1435. https://doi.org/10.3390/nu5041417

12. Dai, F.-J., Chau, C.-F. (2016). Classification and regulatory perspectives of dietary fiber. Journal of Food and Drug Analysis, 25(1), 37–42. http://doi.org/10.1016/j.jfda.2016.09.006

13. Zinina, O., Merenkova, S., Tazeddinova, D., Rebezov, M., Stuart, M., Okuskhanova, E. et al. (2019). Enrichment of meat products with dietary fibers: a review. Agronomy Research, 17(4), 1808–1822. https://doi.org/10.15159/AR.19.163

14. Dhingra, D., Michael, M., Rajput, H., Patil, R.T. (2012). Dietary fibre in foods: a review. Journal of Food Science and Technology, 49(3), 255–266. https://doi.org/10.1007/s13197–011–0365–5

15. Игорянова, Н.А., Мелешкина, Е.П. (2016). Перспективы использования ингредиентов, содержащих пищевые волокна вторичных продуктов переработки зерна, для стабилизации структуры пищевых систем. Международная конференция, посвященная памяти Василия Матвеевича Горбатова. Москва: ВНИИМП им. В. М. Горбатова, 2016.

16. Zhang, B., Wang, S., Wichienchot, S., Huang, Q., Dhital, S. (2021). Dietary fibers: structural aspects and nutritional implications. Chapter in a book: Food Hydrocolloids. Springer Nature Singapore Pte Ltd, 2021. https://doi.org/10.1007/978–981–16–0320–4_15

17. Irastorza, A., Zarandona, I., Andonegi, M., Guerrero, P., de la Caba, K. (2021).The versatility of collagen and chitosan: from food to biomedical applications. Food Hydrocolloids,116, Article 106633. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.106633

18. Philibert, T., Lee, B.H., Fabien, N. (2017). Current status and new perspectives on chitin and chitosan as functional biopolymers. Applied Biochemistry and Biotechnology, 181(4), 1314–1337. https://doi.org/10.1007/s12010–016–2286–2

19. Неклюдов, А.Д., Иванкин, А.Н. (2007). Коллаген: Получение, свойства и применение. Москва: Московский государственный университет леса, 2007.

20. Zhang, S., Tian, J., Lei, M., Zhang, J. (2022). Association between dietary fiber intake and atherosclerotic cardiovascular disease risk in adults: a cross-sectional study of 14,947 population based on the National Health and Nutrition Examination Surveys. BMC Public Health, 22(1), Article 1076. https://doi.org/10.1186/s12889–022–13419-y

21. Barber, T.M., Kabisch. S., Pfeiffer, A.F.H., Weickert, M.O. (2020). The health benefits of dietary fibre. Nutrients, 12(10), Article 3209. https://doi.org/10.3390/nu12103209

22. Weickert, M.O., Pfeiffer, A.F.H. (2018). Impact of dietary fiber consumption on insulin resistance and the prevention of type 2 diabetes. The Journal of Nutrition, 148(1), 7–12. https://doi.org/10.1093/jn/nxx008

23. Weickert, M.O., (2018). High fiber intake, dietary protein, and prevention of type 2 diabetes Expert Review of Endocrinology & Metabolism, 13(5), 223–224. https://doi.org/10.1080/17446651.2018.1513320

24. Honsek, C., Kabisch, S., Kemper, M., Gerbracht, C., Arafat, A.M., Birkenfeld, A.L. et al. (2018). Fibre supplementation for the prevention of type 2 diabetes and improvement of glucose metabolism: The randomised controlled Optimal Fibre Trial (OptiFiT). Diabetologia, 61(6), 1295–1305. https://doi.org/10.1007/s00125–018–4582–6

25. Eswaran, S., Muir, M., Chey, W. (2013). Fiber and functional gastrointestinal disorders. American Journal of Gastroenterology, 108(5), 718–727. https://doi.org/10.1038/ajg.2013.63

26. Ардатская, М.Д. (2010). Клиническое применение пищевых волокон. Москва: 4ТЕ Арт, 2010.

27. Yang, Y., Yang, L., Zhou, L., Tang, S. (2021). A critical review of the effect of dietary fiber intake on the prevention of colorectal cancer in Eastern Asian countries. Journal of Healthcare Engineering, 2021, Article 6680698. https://doi.org/10.1155/2021/6680698

28. Yumuk, V., Tsigos, C., Fried, M., Schindler, K., Busetto, L., Micic, D. et al. (2015). European guidelines for obesity management in adults. Obes Fact, 8(6), 402–424. https://doi.org/10.1159/000442721

29. Ahn, S.-I., Cho, S., Choi, N.-J. (2021). Effectiveness of chitosan as a dietary supplement in lowering cholesterol in murine models: a meta-analysis. Marine Drugs, 19(1), Article 26, https://doi.org/10.3390/md19010026

30. Eskicioglu, V., Kamiloglu, S., Nilufer-Erdil, D. (2015). Antioxidant dietary fibres: Potential functional food ingredients from plant processing by-products. Czech Journal of Food Sciences, 33(6), 487–499. https://doi.org/10.17221/42/2015-CJFS

31. Петрова, Е.А., Легонькова, О.А. (2012). Применение хитозана в мясной индустрии. Пищевая промышленность, 1, 49–51.

32. Максимова, С.Н., Сафронова, Т.М., Суровцева, Е.В. (2017). Использование хитозана в технологии пищевых продуктов из водных биоресурсов. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 2–3, 35–40.

33. Рензяева, Т.В., Тубольцева, А.С., Понкратова, Е.К., Луговая, А.В., Казанцева, А.В. (2014). Функционально-технологические свойства порошкообразного сырья и пищевых добавок в производстве кондитерских изделий. Техника и технология пищевых производств, 4(35), 43–49.

34. Hunt, A., Park, J.W. (2013). Alaska pollock fish protein gels as affected by refined carrageenan and various salts. Journal of Food Quality, 36(1), 51–58. https://doi.org/10.1111/jfq.12010

35. Хатко, З.Н., Титов, С.А., Саранов, И.А., Корышева, Н.Н., Ашинова, А.А., Колодина, Е.М. (2019). Влияние гидратации пектинов на внутреннее трение и вязкость их водных растворов. Новые технологии/Newtechnologies, 3, 113–124. https://doi.org/10.24411/2072–0920–2019–10310

36. Прянишников, В.В., Колыхалова, В.В., Глотова, И.А., Гиро, Т.М., Николаева Ю. В. (2014). Пищевые волокна витацель в технологии полуфабрикатов. Современные наукоемкие технологии, 11, 29–30.

37. Montero, P., Hurtado, J.L., Pérez-Mateos, M. (2014). Microstructural behaviour and gelling characteristics of myosystem protein gels interacting with hydrocolloids. Food Hydrocolloids, 14(5), 455–461. https://doi.org/10.1016/S0268–005X(00)00025–4

38. Ramírez, J.A., Uresti, R.M., Velázquez, G., Vázquez, M. (2011). Food hydrocolloids as additives to improve the mechanical and functional properties of fish products: A review. Food Hydrocolloids, 25(8), 1842–1852. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2011.05.009

39. Nyaisaba, B.M., Hatab, S., Liu, X., Chen, Y., Chen, X., Miao, W. et al. (2019). Physicochemical changes of myofibrillar proteins of squid (Argentinus ilex) induced by hydroxyl radical generating system. Food Chemistry, 297, Article 124941. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.06.008

40. Matin, H.R.H., Shariatmadari, F., Torshizi, M.A.K. (2013). In vitro mineral-binding capacity of various fibre sources: the monogastric sequential simulated physiological conditions. Advanced Studies in Biology, 5(5), 235–249. https://doi.org/10.12988/asb.2013.2535

41. Панина, Е.В., Королькова, Н.В, Колобаева, А.А, Сорокина, И.А, Курчаева, Е.Е. (2022). Концептуальные подходы к использованию продуктов переработки бобов сои при производстве функциональных продуктов питания. Технологии и товароведение сельскохозяйственной продукции, 1(18), 51–62. https://doi.org/10.53914/issn2311–6870_2022_1_51

42. Шишкина, Д.И., Соколов, А.Ю. (2018). Анализ зарубежных технологий мясных продуктов функционального назначения. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 80(2(76)), 189–194. https://doi.org/10.20914/2310–1202–2018–2–189–194

43. Gámiz-González, M.A., Piskin, A.E., Pandis, C., Chatzimanolis-Moustakas, C., Kyritsis, A., Marí, B. et al. (2015). Determining the influence of N-acetylation on water sorption in chitosan films. Carbohydrate Polymers, 133, 110–116. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.07.020

44. Kabanov, V.L., Novinyuk, L.V. (2020). Chitosan application in food technology: a review of recent advances. Food Systems, 3(1), 10–15. https://doi.org/10.21323/2618–9771–2020–3–1–10–15

45. Friedman, M., Juneja, V.K. (2010). Review of antimicrobial and antioxidative activities of chitosans in food. Journal of Food Protection, 73(9), 1737–1761. https://doi.org/10.4315/0362–028x-73.9.1737

46. Verlee, A., Mincke, S., Stevens, C.V. (2017). Recent developments in antibacterial and antifungal chitosan and its derivatives. Carbohydrate Polymers, 164, 268–283. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.02.001

47. Gutiérrez, T.J. (2017). Chitosan applications for the food industry. Chapter in a book: Chitosan: derivatives, composites and applications. Scrivener Publishing LLC, 2017. https://doi.org/10.1002/9781119364849.ch8

48. Ngo, D.-H., Vo, T.-S., Ngo, D.-N., Kang, K.-H., Je, J.-Y., Pham, H. N.-D. et al. (2015). Biological effects of chitosan and its derivatives. Food Hydrocolloids, 51, 200–216. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.05.023

49. Dehghani, S., Hosseini, S.V., Regenstein, J.M. (2018). Edible films and coatings in seafood preservation. Food Chemistry, 240, 505–513. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.07.034

50. Cao, X., Islam, M.N., Chitrakar, B., Duan, Z., Xu, W., Zhong, S. (2020). Effect of combined chlorogenic acid and chitosan coating on antioxidant, antimicrobial, and sensory properties of snakehead fish in cold storage. Food Science and Nutrition, 8, 973–981. https://doi.org/10.1002/fsn3.1378

51. Huang, P., Huang, C., Ma, X., Gao, C., Sun, F., Yang, N. et al. (2021). Effect of pH on the mechanical, interfacial, and emulsification properties of chitosan microgels. Food Hydrocolloids, 121, Article 106972. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106972

52. Huang, M., Xu, Y., Xu, L., Bai, Y., Xu, X. (2022). Interactions of water-soluble myofibrillar protein with chitosan: phase behavior, microstructure and rheological properties. Innovative Food Science and Emerging Technologies,78, Article 103013. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2022.103013

53. Ruzaina, I., Zhong, F., Rashid, N.A., Jia, W., Li, Y., Som, H.Z.M. et al. (2017). Effect of different degree of deacetylation, molecular weight of chitosan and palm stearin and palm kernel olein concentration on chitosan as edible packaging for cherry tomato. Journal of Food Processing and Preservation, 41(4), Article e13090. https://doi.org/10.1111/jfpp.13090

54. Li, X., Xia, W. (2010). Effects of chitosan on the gel properties of saltsoluble meat proteins silver carp. Carbohydrate Polymers, 82(3), 958–954. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.06.026

55. Пивненко, Т.Н., Ковалев, Н.Н., Конькова, Д.А., Позднякова, Ю.М. (2022). Влияние пищевых волокон на структурообразование в мышечной ткани объекта глубоководного рыбного промысла макруруса малоглазого в присутствии трансглутаминазы. Вестник КрасГАУ, 2(179), 121–129. https://doi.org/10.36718/1819–4036–2022–2–121–129

56. Пивненко, Т.Н. (2021). Применение трансглутаминазы в пищевой промышленности. Научные труды Дальрыбвтуза, 55(1), 5–22.

57. 57.Silvipriya, K.S., Kumar, K.K, Bhat, A.R., Kumar, B.D., John, A., Iakshmanan, P. (2015). Collagen: animal sources and biomedical application. Journal of Applied Pharmaceutical Science, 5(03), 123–127. https://doi.org/10.7324/JAPS.2015.50322

58. Coppola, D., Oliviero, M., Vitale, G.A., Lauritano, C., D’Ambra, I., Iannace, S. et al. (2020). Marine collagen from alternative and sustainable sources: extraction, processing and applications. Marine Drugs, 18(4), Article 214. https://doi.org/10.3390/md18040214

59. Hashim, P., Mohd Ridzwan, M.S., Bakar, J., Mat Hashim, D. (2015). Collagen in food and beverage industries. International Food Research Journal, 22(1), 1–8.

60. Антипова, Л.В., Сторублевцев, С.А. (2014). Коллагены: источники, свойства, применение. Воронеж: ВГУИТ, 2014.

61. Zhu, C., Zhang, W., Liu, J., Mu, B., Zhang, F., Lai, M. et al. (2017). Marine collagen peptides reduce endothelial cell injury in diabetic rats by inhibiting apoptosis and the expression of coupling factor 6 and microparticles. Molecular Medicine Reports, 16(4), 3947–3957. https://doi.org/10.3892/mmr.2017.7061

62. Тumerkan, E.T.A., Cansu, U., Boran, G., Mac Regenstein, J., Ozogul, F. (2019). Physiochemical and functional properties of gelatin obtained from tuna, frog and chicken skins. Food Chemistry, 287, 273–279. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.02.088

63. Дроздова, Н.А., Насонова, В.В. (2016). Влияние различных пищевых добавок и ингредиентов на технологические характеристики животных белков. Теория и практика переработки мяса, 1(3), 48–56. https://doi.org/10.21323/2414–438X-2016–1–3–48–56

64. Туниева, Е. К. Афанасьева, Ю.И. (2021). Влияние соли на функционально-технологические свойства соединительнотканного белка. Все о мясе, 3, 3–5. https://doi.org/10.21323/2071–2499–2021–3–3–5

65. Listrat, A., Lebret, B., Louveau, I., Astruc, T., Bonnet, M., Lefaucheur, L. et al. (2016). How muscle structure and composition influence meat and flesh quality. The Scientific World Journal, 2016, Article 3182746. https://doi.org/10.1155/2016/3182746

66. Ramírez, J. A., Uresti, R. M., Velázquez, G., Vázquez, M. (2011). Food hydrocolloids as additives to improve the mechanical and functional properties of fish products: A review. Food Hydrocolloids, 25(8), 1842–1852. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2011.05.009

67. Tang, C., Zhou, K., Zhu, Y., Zhang, W., Xie, Y., Wang, Z. et al. (2022). Collagen and its derivatives: From structure and properties to their applications in food industry. Food Hydrocolloids, 133, Article 107748. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107748

68. He, Y., Wang, C., Wang, C., Xiao, Y., Lin, W. (2021). An overview on collagen and gelatin-based cryogels: fabrication, classification, properties and biomedical applications. Polymers (Bazel), 13(14), Article 2299. https://doi.org/10.3390/polym13142299

69. Кращенко, В.В., Карпенко, Ю.В. (2014). Влияние бинарного структурообразователя на свойства рыбных студней. Известия ТИНРО, 179, 272–278. https://doi.org/10.26428/1606–9919–2014–179–272–278

70. Gaspar, A.L.C., de Góes-Favoni, S.P. (2015). Action of microbial transglutaminase in the modification food proteins. Food Chemistry, 171, 315–322. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.09.019

71. Cheng, S., Wang, W., Li, Y, Gao, G., Zhang, K., Zhou, J. et al. (2019). Crosslinking and film-forming properties of transglutaminase-modified collagen fibers tailored by denaturation temperature. Food Chemistry, 271, 527–535. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.07.223

72. Кораблева, Н.С., Базарнова, Ю.Г. (2013). Исследование препаратов пшеничной клетчатки для использования в рыбных фаршевых продуктах. Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств», 2, 10.

73. Дружинина, А.С., Боголицын, К.Г., Каплицин, П.А., Овчинников, Д.В., Паршина, А.Э., Шульгина, Е.В. и др. (6–7 октября 2016). Структура и физико-химические свойства целлюлозы арктических бурых водорослей. Материалы Второй Всероссийской научно-практической Интернет-конференции с международным участием. Россия, Петрозаводск, 2016.

74. López-Marcos, M.C., Bailina, C., Viuda-Martos, M., Pérez-Alvarez, J.A., Fernández-López, J. (2015). Properties of dietary fibers from agroindustrial co-products as source for fiber-enriched foods. Food and Bioprocess Technology, 8, 2400–2408. https://doi.org/10.1016/j.focha.2022.100149

75. Sánchez-Alonso, I., Haji-Maleki, R., Borderías, A.J. (2007). Wheat fiber as a functional ingredient in restructured fish products. Food Chemistry, 100(3), 1037–1043. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2005.09.090

76. Martínez-Pineda, M., Yagüe-Ruiz, C., Vercet, A. (2021). Frying conditions, methyl cellulose, and k-carrageenan edible coatings: useful strategies to reduce oil uptake in fried mushrooms. Foods, 10(8), Article 1694. https://doi.org/10.3390/foods10081694

77. Jannat Alipour, H., Rezaei, M., Shabanpour, B., Tabarsa, M.E. (2018). Effects of sulfated polysaccharides from green alga Ulva intestinalis on physicochemical properties and microstructure of silver carp surimi. Food Hydrocolloids, 74, 87–96. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2017.07.038

78. Careche, M., Borderías, A.J., Sánchez-Alonso, I., Lund, E.K. (2011). Functional seafood products. Chapter in a book: Functional foods: concept to product. Woodhead Publishing Limited, Cambridge, UK, 2011. https://doi.org/10.1533/9780857092557.3.557

79. Боголицын, К.Г., Каплицин, П.А., Дружинина, А.С., Овчинников, Д.В., Шульгина, Е.В., Паршина А. Э. (2015). Целлюлозная матрица арктических бурых водорослей: выделение, структура. Современные наукоемкие технологии, 12–1, 14–19.

80. Choi, Y.-S., Choi, J.-H., Han, D.-J., Kim, H.-Y., Kim, H.-W., Lee, M.-A. et al. (2012). Effects of Laminaria japonica on the physicochemical and sensory characteristics of reduced-fat pork patties. Meat Science, 91(1), 1–7. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2011.11.011