Оценка потенциала хитозана из Bombyx mori для использования в пищевых системах Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Научные труды Дальрыбвтуза. 2025. Т. 71, № 1. С. 51-58.

Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2025. Vol. 71, no 1. P. 51-58.

ПИЩЕВЫЕ СИСТЕМЫ

Научная статья УДК 621.565.943

DOI: doi.org/10.48612/dalrybvtuz/2025-71-06 EDN: ICCNSD

Оценка потенциала хитозана из Bombyx mori для использования в пищевых системах

Светлана Николаевна Максимова1, Елена Викторовна Суровцева2, Светлана Юрьевна Пономаренко 3

1 2' 3 Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, Владивосток, Россия

1 [email protected], ORCID: 0000-0001-9654-1044

2 [email protected], ORCID: 0000-0002-0658-943Х

3 [email protected], ORCID: 0000-0002-9791-388Х

Аннотация. Представлены экспериментальные данные по оценке потенциала хитозана, полученного из тутового шелкопряда Bombyx mori, в технологии пищевых продуктов. Полимер из тутового шелкопряда широко используется в Узбекистане в медицине и сельском хозяйстве. Цель настоящих исследований - оценить возможность применения хитозана Bombyx mori в пищевой отрасли. Поскольку хитозан применяется в пищевых системах в виде уксуснокислых растворов с целью регулирования консистенции и текстуры продуктов, изучены органолептические и физические свойства растворов биополимера Bombyx mori в сравнении с растворами традиционного хитозана из пан-цирьсодержащих отходов краба.

Акцент в данной работе сделан на изучении вкуса полимера, а именно интенсивности вяжущего вкуса хитозана (ИВВХ), свойственного его растворам и продуктам, содержащим эти растворы. Данный вкус ограничивает возможность применения функционально-технологических и функционально-физиологических свойств биополимера в пищевой технологии. Полученные результаты показали, что растворы хитозана Bombyx mori в 1%-й уксусной кислоте характеризуются меньшей величиной ИВВХ, чем аналогичные растворы крабового хитозана. Данный факт позволяет заявить о потенциальной возможности использования хитозана Bombyx mori в пищевых продуктах. Однако консистенция растворов изучаемого полимера из тутового шелкопряда менее вязкая.

Данные результаты подтверждаются исследованиями кинематической вязкости растворов хитозана и способны потенциально ограничить применение его в качестве структурообразователя в пищевых системах. Для объективной оценки потенциала хито-зана из тутового шелкопряда в пищевой продукции запланированы научные исследования на модельных системах из водных биологических ресурсов.

Ключевые слова: хитозан, краб, тутовый шелкопряд, вяжущий вкус, консистенция

Для цитирования: Максимова С. Н., Суровцева Е. В., Пономаренко С. Ю. Оценка потенциала хитозана из Bombyx mori для использования в пищевых системах // Научные труды Дальрыбвтуза. 2025. Т. 71, № 1. С. 51-58.

© Максимова С. Н., Суровцева Е. В., Пономаренко С. Ю., 2025

51

FOOD SYSTEMS

Original article

Assessing the potential of chitosan from Bombyx mori for use in food systems

Svetlana N. Maksimova,1 Elena V. Surovtseva2, Svetlana Yu. Ponomarenko3

1 2, 3 Far Eastern State Technical Fisheries University, Vladivostok, Russia

1 [email protected], ORCID: 0000-0001-9654-1044

2 [email protected], ORCID: 0000-0002-0658-943Х

3 [email protected], ORCID: 0000-0002-9791-388Х

Abstract. The article presents experimental data to evaluate the potential of chitosan obtained from the silkworm Bombyx mori in food technology. Silkworm polymer is widely used in medicine and agriculture in Uzbekistan. The purpose of this research is to evaluate the possibility of using Bombyx mori chitosan in the food industry. Since chitosan is used in food systems in the form of acetic acid solutions to regulate the consistency and texture of products, the organoleptic and physical properties of Bombyx mori biopolymer solutions were studied in comparison with solutions of traditional chitosan from shell-containing crab waste. The emphasis in this work is on studying the taste of the polymer, namely the intensity of the astringent taste of chitosan (AQT), characteristic of its solutions and products containing these solutions. This taste limits the possibility of using the functional-technological and functional-physiological properties of the biopolymer in food technology. The results obtained showed that solutions of Bombyx mori chitosan in 1% acetic acid are characterized by a lower value of AQT than similar solutions of crab chitosan. This fact allows us to declare the potential possibility of using Bombyx mori chitosan in food products. However, the consistency of solutions of the studied polymer from silkworms is less viscous. These results are confirmed by studies of the kinematic viscosity of chitosan solutions and can potentially limit its use as a structure former in food systems. To objectively assess the potential of chitosan from silkworms in food products, scientific studies are planned on model systems from aquatic biological resources.

Keywords: chitosan, crab, silkworm, astringent taste, consistency

For citation: Maksimova S. N., Surovtseva E. V., Ponomarenko S. Yu. Assessing the potential of chitosan from Bombyx mori for use in food systems. Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2025; 71(1): 51-58. (In Russ.).

Введение

Значение биополимера ХХ века - хитозана - трудно переоценить. Этому уникальному веществу посвящено множество научных работ, публикаций как в России, так и в целом мире. Ученые ФГБОУ ВО «Дальрыбвтуз» с 70-х гг. прошлого столетия также занимаются научными исследованиями в области применения хитозана в пищевой продукции, где он успешно проявляет функционально-технологические и функционально-физиологические свойства [1]. В научных работах ученых университета традиционно используется хитозан, полученный из крабового панциря. Результаты исследований, представленные в многочисленных публикациях, свидетельствуют о перспективности использования биополимера из панцирьсодержа-щих крабовых отходов в пищевых продуктах из водных биологических ресурсов, в которых он проявляет структурообразующие, антиокислительные, антимикробные функции и медико-биологическую эффективность. Исследуемый хитозан из панциря краба отличался своими характеристиками, в том числе и молекулярной массой, что сказывалось на его функционально-технологических свойствах [2].

При использовании биополимера в жидком состоянии (в виде уксуснокислых растворов) в пищевых системах, когда максимально реализуются его структурообразующие и барьерные свойства, достоверно установлено появление особенного (вяжущего) вкуса у продуктов. Наличие такого вкусового оттенка ограничивает количество растворенного в органической (чаще уксусной) кислоте хитозана, который вносят в пищевую систему с технологической целью. Результаты изучения интенсивности вяжущего вкуса хитозана (ИВВХ) учеными Даль-рыбвтуза представлены в монографии и методических указаниях [3, 4].

Если говорить о сырьевых источниках получения хитозана, то следует отметить, что его получают из следующего животного сырья: панциря креветок, криля, личинок мух, мора пчел. Образцы хитозана, полученные из перечисленного сырья и исследованные в разное время, также обладали функционально-технологическими свойствами, но в разной степени. Наличие вяжущего вкуса было присуще всем видам биополимера.

В Российской Федерации предпочтение отдается производству хитозана из панцирьсо-держащих крабовых отходов как наиболее массовому и воспроизводимому сырьевому источнику хитиновых материалов.

В дружественном Узбекистане таким же массовым источником сырья для получения хитозана являются куколки тутового шелкопряда Bombyx mori. Ученые Института химии и физики полимеров Академии наук Узбекистана проводят комплексные исследования по получению не только хитозана из хитина Bombyx mori, но и производных, а также полимолекулярных комплексов биополимера. Полученные хитиновые материалы успешно применяются в медицине, сельском хозяйстве, ветеринарии [5, 6].

При этом интерес представляют перспективы использования хитозана, полученного из тутового шелкопряда, и в пищевой промышленности.

С целью определения потенциала хитозана Bombyx mori в пищевых системах в данной работе приведены результаты исследования некоторых функционально-технологических свойств указанного биополимера. Для сравнения были параллельно осуществлены такие же исследования хитозана из крабового панциря.

Объекты и методы исследований

Хитозан из куколок тутового шелкопряда Bombyx mori был любезно предоставлен Институтом химии и физики полимеров АН РУз (г. Ташкент).

В качестве объекта сравнения использовали хитозан отечественного промышленного производства ООО «Биопрогресс», соответствующий по качеству ТУ 9289-067-00472124-03 (г. Москва).

Для оценки вкуса уксуснокислых растворов хитозана руководствовались методикой [4].

Кинематическую вязкость растворов хитозана определяли на вискозиметре Брукфильда RVD по инструкции работы с ним (шпиндель R2, 100 об/мин).

Результаты исследований

При исследовании потенциала хитозана для его использования в пищевых целях, прежде всего, необходимо оценить его органолептические свойства, среди которых следует выделить вкус и консистенцию, поскольку, как было сказано выше, растворы хитозана традиционно используются как загустители, при этом способны придавать пищевому продукту неприятный вяжущий вкус.

Для оценки органолептических свойств двух образцов хитозана, полученных из разного сырья (краба и тутового шелкопряда), готовили по три раствора каждого образца с разной концентрацией биополимера в 1%-м растворе уксусной кислоты (0,25; 0,5 и 1 % хитозана). В качестве растворов сравнения использовали раствор 1%-й уксусной кислоты и воду.

Оценивала органолептические свойства образцов хитозана группа дегустаторов в количестве 21 человека. Усредненные результаты оценки сведены в табл. 1.

Таблица 1

Исследование органолептических показателей растворов хитозана

Table 1

Investigation of organoleptic parameters of chitosan solutions

Вид хитозана Концентрация, % Вкус (интенсивность), баллы Цвет Запах Консистенция

вяжущий горький кислый сладкий соленый

Крабовый хитозан 0,25 3 2 2 1 1 Прозрачный, оттенков нет Уксусный выражен слабо Жидкая

0,5 4 2 2 1 1 Прозрачный, едва уловимый бело-серый Уксусный выражен слабо Жидкая, едва уловимый гель

1 5 3 2 1 1 Прозрачный, бело-серый выражен слабо Уксусный выражен слабо Жидкая, слабый гель

Хитозан Bombyx mori (тутовый шелкопряд) 0,25 2 2 2 1 1 Бежевый едва уловим, мутный едва уловим Уксусный едва уловим Жидкая

0,5 3 3 2 1 1 Бежевый выражен слабо, мутный выражен слабо Уксусный едва уловим Жидкая, едва уловимый гель

1 4 4 2 1 1 Бежевый выражен умерено, мутный выражен умерено Уксусный едва уловим Жидкая, слабый гель

Контроль (вода) 0 0 0 0 0 0 Прозрачный, оттенков нет Без вкуса Жидкая

Контроль (уксусная кислота) 1 1 1 4 1 1 Прозрачный, оттенков нет Уксусный выражен умерено Жидкая

*Примечание. Интенсивность: 5 - выражен интенсивно; 4 - выражен умерено; 3 - выражен слабо; 2 -едва уловим; 1 - отсутствует.

Как видно из полученных и представленных данных, раствор хитозана из тутового шелкопряда уступает раствору крабового хитозана по консистенции (более жидкий раствор) и по цвету (бежевый оттенок). Однако вяжущий вкус, негативно влияющий на общее восприятие пищевых продуктов с использованием растворов данного хитозана, выражен менее интенсивно, что требует более детального исследования.

Для облегчения оценки ИВВХ фиксируют участок ротовой полости, воспринявший вяжущий вкус. Известно, что к вяжущему вкусу хитозана чувствительны мягкое небо, спинка и задний край языка, глотка, гортань. Он воспринимается примерно теми же областями языка, которые наиболее чувствительны к горькому и кислому видам вкуса (надгортанник, гортань, задний край, спинка, передний край).

Изображение данного признака, представленное в табл. 2, позволяет наглядно оценить ИВВХ по размеру заштрихованного участка ротовой полости.

Таблица 2

Локализация вяжущего вкуса хитозана в ротовой полости дегустатора

Table 2

Localization of the astringent taste of chitosan in the mouth of the taster

Вид хитозана

Концентрация,%

Участок ротовой полости, воспринимающий вяжущий _вкус_

описание

на зубах, гортани и глотке

на языке

Крабовый хитозан

0,25

0,5

Мягкое небо, спинка и задний край языка, поверхность зубов

Мягкое небо, спинка и задний край языка, поверхность зубов, глотка

Мягкое небо, спинка и задний край языка, поверхность зубов, гортань и глотка

Хитозан Bombyx

mori (тутовый шелкопряд)

0,25

0,5

Мягкое небо, спинка и задний край языка

Мягкое небо, спинка и задний край языка, поверхность зубов

1

Мягкое небо, спинка и задний край языка, поверхность зубов, глотка

1

Судя по площади штриховки, наиболее интенсивным вяжущим вкусом характеризуются 1%-е уксуснокислые растворы хитозанов (ИВВХ возрастает с увеличением концентрации полимера в растворе). При этом в восприятии исследуемого вкуса раствора хитозана Bombyx mori участвует меньшее количество участков ротовой полости, т.е. хитозан из тутового шелкопряда обладает меньшей величиной ИВВХ.

Далее определяли ИВВХ во времени по следующей схеме:

- одноразовый прием раствора, обволакивание ротовой полости;

- обнаружение ИВВХ;

- до исчезновения ощущения вяжущего вкуса хитозана фиксирование каждого изменения уровня ИВВХ (снижение - повышение - колебания - постоянство);

- полное исчезновение ИВВХ.

Результаты исследований представлены в табл. 3.

Таблица 3

Характеристика интенсивности вяжущего вкуса хитозана во времени

(без нейтрализации)

Table 3

Characterization of the intensity of the astringent taste of chitosan over time _(without neutralization)_

о4 Обнаружение ИВВХ

Вид хитозана Ci eö ^ К <и CJ К О « интенсивность ИВВХ время проявления вяжущего вкуса, с Продолжительность снижения ИВВХ, с Время полного исчезновения ИВВХ, с

Крабовый хитозан 0,25 3 6 148 345

0,5 4 8 214 429

1 5 8 328 725

Хитозан Bombyx mori (тутовый 0,25 2 4 80 105

0,5 3 6 126 248

шелкопряд) 1 4 6 158 529

В целом полученные результаты свидетельствуют о меньшей величине ИВВХ из тутового шелкопряда. Интересно отметить, что вяжущий вкус этого хитозана проявляется и

нейтрализуется быстрее. Возможно, этот факт связан с менее вязкой консистенцией его уксуснокислого раствора.

В пищевых продуктах хитозан используется в виде растворов как загуститель пищевой системы. В настоящем исследовании консистенцию раствора полимера определяли как орга-нолептическим, так и инструментальным способами. Результаты измерения кинематической вязкости уксуснокислых растворов хитозана разной его концентрации, приведенные в табл. 4, коррелируют с органолептической оценкой консистенции.

Таблица 4

Кинематическая вязкость растворов хитозана (среднее значение), мПа • с

Table 4

_Kinematic viscosity of chitosan solutions (average value), mPa • s_

Хитозан Концентрация растворов хитозана, %

0,25 0,5 1,0

Крабовый хитозан 50,6 77,1 184,2

Хитозан Bombyx mori (шелкопряд) 26,4 38,2 100,8

Как видно из представленных выше данных, кинематическая вязкость растворов крабового хитозана почти в два раза больше вязкости растворов хитозана Bombyx mori. Объясняется это, вероятно, молекулярной массой полимера.

Заключение

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования по оценке органолеп-тических свойств уксуснокислых растворов хитозана Bombyx mori (в сравнении с растворами крабового хитозана) позволяют сделать заключение о потенциальной возможности использования нового для РФ вида биополимера из тутового шелкопряда в пищевых системах. Поскольку в данном блоке научной работы осуществляли исследования только растворов хито-зана, поставлена задача по органолептической оценке модельных пищевых систем из водных биологических ресурсов, содержащих биополимер, а также их относительной биологической ценности.

Список источников

1. Максимова С. Н., Сафронова Т. М., Полещук Д. В. Хитиновые материалы в технологии водных биоресурсов : учеб. пособие. СПб. : Лань, 2021. 176 с.

2. Максимова С. Н., Сафронова Т. М. Хитозан в технологии рыбных продуктов: характеристики, функции, эффективность : монография. Владивосток : Дальрыбвтуз, 2010. 256 с.

3. Максимова С. Н., Сафронова Т. М., Суровцева Е. В. Исследование и совершенствование сенсорных свойств хитозана : монография. Германия: Verlag, 2017. 58 с.

4. Сафронова Т. М., Максимова С. Н. Определение вкуса пищевых продуктов, содержащих хитозан : метод. указания. Владивосток, 1997. 16 с.

5. Рахманова В. Н., Рашидова С. Ш. Изучение кинетики реакции сульфатирования хитозана Bombyx mori // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана (Росхит-23) : материалы Шестнадцатой Всероссийской конференции с международным участием. Владивосток. C. 42-44.

6. Милушева Р. Ю., Рашидова С. Ш. Полимолекулярные комплексы хитозана и белка Bombyx mori // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана (Росхит-23) :

материалы Шестнадцатой Всероссийской конференции с международным участием. Владивосток. C. 78-82.

Информация об авторах

С. Н. Максимова - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой технологии продуктов питания, SPIN-код: 4857-2135.

Е. В. Суровцева - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии продуктов питания, SPIN-код: 6588-6658.

С. Ю. Пономаренко - кандидат технических наук, доцент кафедры технологии продуктов питания, SPIN-код: 7408-5530.

Information about the authors

S. N. Maksimova - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Food Technology, SPIN-code: 4857-2135.

E. V. Surovtseva - PhD of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Food Technology, SPIN-code: 6588-6658.

S. Yu. Ponomarenko - PhD of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Food Technology, SPIN-code: 7408-5530.

Статья поступила в редакцию 03.03.2025; одобрена после рецензирования 10.03.2025; принята к публикации 17.03.2025.

The article was submitted 03.03.2025; approved after reviewing 10.03.2025; accepted for publication 17.03.2025.