Полученные экстракты представляют собой маслянистую жидкость темного цвета, плохо растворимую в воде. Путем подбо­ра была определена концентрация масла (1:10), в которой экстрак­ты растворялись полностью.

Органолептические и физические свойства

Полученные из различного сырья С0₂-экстракты коптильных препаратов обладали определенными органолептическими и фи­зическими свойствами (табл. 11).

Пороговые концентрации определяли путем разбавления экстрак­та в порядке уменьшающейся концентрации. Подготовленные для определения пробирки должны содержать растворы с возрастающей концентрацией от нуля до концентраций, значительно превосходя­щих порог чувствительности. Наименьшие концентрации анализиру­емых веществ, в которых дегустатор в состоянии установить наличие запаха, фиксируются как индекс ощущения аромата (табл. 12).

Наибольшие пороговые концентрации вкуса и аромата прису­щи экстракту, полученному из пиролизной древесины и шрота пряностей, т. е. он содержит наибольшее количество ароматообра­зующих компонентов.

Химический состав

Изучение химического состава экстрактов проводили методом газожидкостной хроматографии, основанной на способности раз­личных веществ по-разному адсорбироваться на сорбентах. Для анализа использовали хроматограф «Сигма-1» фирмы «Перкин— Эльмерь со стеклянной капиллярной колонкой 25 м с жидкой фа­зой карбовакс 20 М, скорость газоносителя (гелий) — 40 см³/мин. Режим анализа: температура t = 70°С, продолжительность τ = 1 мин. После перепрограммирования: температура τ1 = 180°С, продолжительность T₂ = 15 мин; t₂ = 220°С, т₂ = 10 мин. По време­ни удерживания классифицировали вещества, по площади пика определяли количество составных компонентов коптильных экс­трактов. Результаты сравнительного анализа коптильных экстрак­тов представлены в табл. 13.

Из табл. 13 видно, что в коптильном С0₂-экстракте из отходов коптильного производства количество неидентифицированных продуктов колеблется от 14,9 до 19,4. Это, вероятно, связано с эк­стракцией жидким диоксидом углерода находящихся в отходах ацетилглицеринов, которые не идентифицировались использован­ным хроматографом. В эфирорастворимой фракции коптильных экстрактов 60—70 % составляют типичные для коптильных аген­тов фенолы: гваякол, метилгваякол, фенол, крезолы, эвгенол, изо­эвгенол и др. Присутствуют также терпены, кислоты, карбониль­ные соединения.

Химический состав коптильных экстрактов в количественных соотношениях представлен в табл. 14.

Наибольшее количество фенолов содержится в экстракте из смеси пиролизной древесины и шрота пряностей, что и определя­ет его аромат, поэтому для ароматизации консервов мы предлага­ем этот экстракт.

Гидрофильно-липофильный баланс

С0₂-экстракты компонентов коптильного дыма, полученные нами по различным технологическим схемам, содержат фенольные вещества, которые способны тормозить окислительные процессы и подавлять жизнедеятельность микроорганизмов.

К фенольным веществам относят химические соединения, име­ющие фенильный радикал (С₆Н₅-), к которому присоединены одна, две, три гидроксильные группировки (-ОН), кислотные (-СООН), аминные (-NH₂), эфирные (-C-0-C-, -О-С=О), ал­кильные радикалы (-СН3, -С₂Н₅ и др.) и т. д.

Фенильный и другие радикалы молекул обладают неполяр­ными свойствами и способны взаимодействовать с неполярными веществами. Функциональные группы (-СООН, -ОН, -NH₂), содержащие в своем составе сильные электроотрицательные элемен­ты (кислород, азот), способные смещать в свою сторону электрон­ные облака, проявляют полярные свойства и взаимодействуют с полярными поверхностями. Таким образом, фенольйые соедине­ния являются поверхностно-активными веществами, обладающи­ми дифильными свойствами.

В растворах фенольные вещества могут диссоциировать, при этом могут образовываться анионы (R-COO-) или катионы (RNH₃⁺), обладающие поверхностно-активными свойствами. Мно­гие фенольные вещества не диссоциируют в водных растворах.

Фенольные вещества можно отнести к анионактивным, катионактивным и неионогенным поверхностно-активным веществам.

Важной характеристикой поверхностно-активных веществ, име­ющей решающее значение для поверхностных и объемных свойств, является соотношение двух противоположных групп молекул — гидрофильной и гидрофобной (липофильной), так называемый гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ).

Для расчета ГЛБ использована теория Дэвиса, позволяющая с энергетических позиций количественно оценить и выразить в виде условных группировок чисел степень взаимодействия с водой отдельных групп, из которых состоит молекула поверхностно-ак­тивного вещества. ГЛБ рассчитывали по формуле:

Результаты произведенных нами расчетов представлены в табл. 15.

Подсчет ГЛБ фенольных веществ коптильных экстрактов показывает, что чем больше неполярных группировок в молекуле, тем ниже его значение (меньше 6). Такие молекулы можно отнести к эмульгаторам второго рода, стабилизирующим эмульсии типа «вода в масле» (рис. 30).

Попав в биологический объект с большим содержанием воды, фенольные вещества будут диспергировать воду, находящуюся ря­дом с жировыми частицами. Количество свободной воды, служа­щей переносчиком питательных веществ, уменьшится. Это может привести к гибели микроорганизмов, находящихся в пищевых про­дуктах.

Наличие ионов калия и натрия в молекулах фенольных веществ увеличивает ГЛБ их на 17—19 единиц. Фенольные вещества начи­нают больше проявлять гидрофильные свойства, т. е. способность коллоидно растворяться, образуя почти прозрачные термодинами­чески равновесные растворы (рис. 31). Причем солюбилизирую­щая способность ПАВ возрастает с увеличением длины радикала.

Присутствие ионов натрия и калия в обрабатываемом коптиль­ными экстрактами пищевом продукте переводит фенольные веще­ства из категории эмульгаторов второго рода в категорию эмуль­гаторов первого рода, стабилизирующих эмульсии типа «масло в воде» (рис. 32).

В данном случае диспергироваться будет «масло» (жир), находящееся в пищевом продукте. Появление эмульсии типа «мас­ло в воде» придает любому продукту своеобразные вкусовые ка­чества, а наличие в качестве стабилизатора такой эмульсии фе­нольного вещества придает продукту вкус копчености. При добавлении прянокоптильных экстрактов появляется аромат пря­но-копченой продукции.

С другой стороны, такая стабилизация масла приведет к сниже­нию количества кислорода, проникающего к поверхности масла, процессы окисления замедлятся. Кроме того, фенольные вещества являются прекрасными ловушками радикалов, появляющихся при окислительно-восстановительных реакциях. Наличие «ловушек» на поверхности масла также будет способствовать снижению ско­рости окисления жиров.

Токсичность коптильных экстрактов

Применение коптильных экстрактов является, в сущности, хи­мическим методом обработки пищевых продуктов. Поэтому закономерен вопрос: не происходит ли при такой обработке накапливание химических веществ, наличие которых в пищевом продук­те может оказаться нежелательным или даже вредным? Ранее ска­зано о положительной роли копчения как фактора, способствую­щего лучшей устойчивости продуктов при хранении и предупреждающего быструю окислительную и микробиальную порчу, что косвенно связано с пищевой ценностью продуктов.

Одной из групп коптильных компонентов, которую следует отнести к веществам, нежелательным в пищевых продуктах, явля­ются многоядерные (полициклические) ароматические углеводо­роды, некоторые из них, например 3, 4-бензпирен, обладают кан­церогенными свойствами.

Коптильные экстракты, способ изготовления которых преду­сматривает исключение полициклических углеводородов из их со­става, не содержат 3,4-бензпирена. Отсутствие 3,4-бензпирена в коптильном экстракте, установленное таким тонким методом оп­ределения, как газохроматографический анализ, является практи­чески достаточным условием для того, чтобы считать экстракты свободными от проканцерогенных веществ.

Антиокислительные свойства

В процессе технологической обработки продуктов питания кис­лород воздуха пагубно действует на его составные части: белки, ли­пиды, углеводы и т. д.

Помимо обычного молекулярного кислорода, находящегося в триплетном состоянии (³0₂), существует 6 его активных производ­ных: атомарный кислород — О, озон — О₃, синглетный кислород — ¹О₂, супероксидный радикал — 0₂*, гидроксильный радикал — НО* и пергидроксил — Н0₂*.

Наиболее высокой химической активностью отличается гидрок­сильный радикал НО*, который в течение 7 • 10^-10 с вступает в ре­акцию с белками, нуклеиновыми кислотами, липидами, разрушая клеточные структуры и способствуя образованию продуктов сво­боднорадикального окисления — перекисей, альдегидов, кетонов.

Для защиты от образования свободных радикалов используют ан­тиоксиданты.

К антиоксидантам относятся вещества различной химической природы: фенолы, полифенолы, пирокатехины, пирогаллол, рутин, кверцетин, витамины Е, С, Р, А, стероидные гормоны, фосфолипи­ды и серосодержащие соединения. В число антиоксидантов входят вода и двуокись углерода. Их относят к классу так называемых «ту­шителей».

Коптильный дым и конденсат дыма представляют собой очень сложную смесь различных классов органических соединений, при­чем даже в одной группе однотипных веществ может содержаться большое количество соединений, отличающихся не только моле­кулярными массами, но и химическими свойствами. Указанные особенности заставляют предпринимать необходимые предосторож­ности при хранении конденсатов дыма или их фракций, держа их до анализа при отрицательных температурах (-15...-20°С).

Возникновение антиоксидантных свойств коптильных компо­нентов связано с реакциями взаимодействия активных компонен­тов дыма с активными компонентами продукта.

При изучении окислительной порчи жиросодержащих продуктов наиболее важным является определение начала этого процесса.

Среди химических методов исследователи широко используют определение перекисного и кислотного чисел.

Перекиси образуются в жире раньше других продуктов окисле­ния. Перекисное число характеризует стойкость жира против окис­ления, а в процессе хранения дает возможность улавливать началь­ный процесс окисления, не определяемый органолептической пробой.

Образцы рафинированного подсолнечного масла, использован­ного для обжаривания рыбы, массой 100 г каждый с добавками С0₂-экстрактов, выдерживали в течение 30 дней при комнатной температуре в открытых стеклянных стаканах. Площадь зеркала в каждом стакане составляла 12,5 см². Все образцы в равной степе­ни подвергались действию внешних факторов. Отбор масла для анализа проводили через каждые 10 дней. Исходное рафинированное подсолнечное масло имело перекисное число, равное 1,6 % 1₂. В табл. 16 представлены данные по изменению перекисного числа рафинированного подсолнечного масла при добавлении к нему 0,5 % С0₂-экстрактов.

Таким образом, на основании проведенных экспериментов мож­но сделать вывод, что коптильный С0₂-экстракт и С0₂-экстракт почек гвоздики и перца черного содержат вещества, ингибирующие окисление растительных масел, используемых в производстве рыб­ных консервов при обжаривании рыбы. Ингибирующее действие этих добавок наблюдали и при хранении в течение 30 сут. Анти­окислительная способность С0₂-экстрактов, полученных из кори­андра, корицы, аирного корня и перца красного, по отношению к термоокисленному растительному маслу не обнаружена.

Установлена четкая связь между концентрацией перекисных со­единений и интегральными кривыми хемилюминесценции света. Впервые вопрос о механизме свечения при окислении липидов в модельных системах подробно исследовался в большой серии ра­бот Б. Н. Тарусова и А. Н. Журавлева.

В ходе самоокисления жирных кислот или жиров наблюдается свечение, которое связывают с образованием возбужденных аль­дегидов или кетонов, возникающих при рекомбинации перекисных радикалов:

При добавлении одних антиоксидантов (адреналин, лецитин) наблюдается вспышка свечения. Добавление других антиоксидан­тов (β-ионола, α-нафтола) подавляет свечение, что объясняется связыванием перекисных радикалов. Очевидно, протекают реак­ции типа:

В КубГТУ и АГТУ изучено ингибирующее действие С0₂- экстрактов пряностей и коптильного С0₂-экстракта.

Устойчивость к окислению рафинированного масла, использу­емого для обжаривания рыбы, и антиокислительную эффектив­ность добавок определяли с помощью установки для регистрации инстенсивности сверхслабого свечения ССС, сопровождающего окислительные процессы в липидах. Детектором установки являл­ся фотоэлектронный умножитель ФЭУ-39. Установка работала в режиме счетчика квантов. Образцы масла для исследования бра­ли в виде 0,2 мл раствора масла в хлороформе. Кинетическую кри­вую ССС получали в результате суммирования импульсов фото­тока интегратором скорости счета и записи результатов на ленте автоматического самопишущего потенциометра ЭПП-09м. Об ус­тойчивости растительных масел к окислению судили по кинети­ческим кривым термохемилюминесценции (ТХЛ), полученным методом измерения ССС при 85°С (рис. 33).

Графики показывают, что регенерированное после обжаривания в нем рыбы подсолнечное масло (кривая 2) в 5,5 раза менее стой­ко к окислению, чем исходное (кривая 1). Нерегенерированное подсолнечное масло после обжаривания в нем рыбы (кривая 3) устой­чиво к окислению в 10 раз меньше свежего и в 2 раза — регенериро­ванного. Несмотря на то, что по своим качественным показателям и составу регенерированное подсолнечное масло приближается к ис­ходному, отсутствие в нем природных ингибиторов, по-видимому, снижает его устойчивость к окислению.

Установлено влияние добавок С0₂-экстрактов пряностей и коп­тильного С0₂-экстракта, полученного методом конденсации коптильного дыма в жидкой двуокиси углерода. Антиокислитель­ную активность С0₂-экстрактов определяли по изменению вели­чины вспышки свечения, наблюдаемой после введения их в коли­честве 5 % в нерегенерированное (рабочее) подсолнечное масло, в котором обжаривалась рыба (П. ч. = 0,4 % 1₂, К. ч. = 3,5 мг КОН на 1 г жира). Для сравнения ингибирующего действия те же С0₂-экстракты в количестве 3 % вводили в регенерированное подсолнеч­ное масло. Результаты эксперимента представлены на графике (рис. 34).

Согласно представленным графикам, тушение вспышки свече­ния наблюдалось при введении коптильного С0₂-экстракта и С0₂- экстракта гвоздики как в нерегенерированное (окисленное) под­солнечное масло (кривые 8, 6), так и в регенерированное (кривые 2, 3). Добавление С0₂-экстракта кориандра в обоих случаях ока­залось менее эффективным (кривые 7, 4).

Определение эффективности действия ингибирующих окисле­ние добавок проводили также кинетическим методом «активного кислорода», используя специальную установку для окисления масла. Воздух продували через слой масла (расход воздуха — 50 см³/мин) при температуре 140'С, периодически определяя пе- рекисное число (рис. 35). О стойкости к окислению судили по продолжительности индукционного периода, определяемого по до­стижении значения П. ч. - 0,5 % 1₂.

На графике (рис. 35) видно, что добавление 3 % С0₂-экстракта аирного корня и перца красного к регенерированному маслу (кри­вые 2, 3) практически не тормозило процессы окисления. Добав­ление 3 % С0₂-экстрактов корицы, гвоздики, перца черного и коп­тильного С0₂-экстракта (соответственно кривые 4, 5, 6, 7) к регенерированному подсолнечному маслу способствовало тормо­жению окисления. При одном и том же значении П. ч. (0,5 % 1₂) индукционный период окисления регенерированного подсолнеч­ного масла с С0₂-экстрактом перца черного (кривая 6) был в 1,6 раза продолжительнее, чем этот же показатель у регенерированно­го подсолнечного масла без добавки (кривая 1) и составлял 3,48 ч; у регенерированного подсолнечного масла с С0₂-экстрактами гвоз­дики и корицы был 3,34 и 3,18 ч соответственно. Индукционный период окисления регенерированного подсолнечного масла с коп­тильным С0₂-экстрактом составил 3,65 ч. Однако у подсолнечно­го масла, взятого в качестве контроля (кривая 8), этот период со­ставил несколько больший отрезок времени — 4 ч и был больше в 1,77 раза, чем тот же показатель у регенерированного подсолнеч­ного масла. Таким образом, регенерированное подсолнечное мас­ло с добавкой С0₂-экстракта перца черного и коптильного С0₂- экстракта (кривая 7) по устойчивости к окислению приближается к свежему рафинированному маслу. Различие в эффективности ан­тиокислителей обусловлено, вероятно, разным содержанием соеди­нений фенольной природы в ингибирующих добавках (табл. 17).

Бактерицидность

Для первичной бактерицидной характеристики коптильных эк­страктов приемлемы методы, используемые в работах с антибиоти­ческими жидкостями. Обычно применяют метод дисков и метод последовательных разведений. В качестве тест-культур выбирают санитарно-показательные микроорганизмы и микроорганизмы, наиболее часто встречающиеся в рыбоовощной продукции. Диапа­зоны зон торможения представлены в табл. 18.

Влияние различных концентраций коптильных С0₂-экстрактов на жизнедеятельность микроорганизмов определяли методом пос­ледовательных разведений. Результаты анализов представлены в табл. 19.

Анализируя эти данные, можно сказать, что наиболее чув­ствительны к действию коптильных веществ протей и спорообра­зующие микроорганизмы. Весьма устойчивы, хотя и в различной степени, кишечная палочка, стафилококк. Вас. subtilis и Вас. megentericus оказались более устойчивыми к действию фенолов, чем Вас. mesentericus. Наиболее выраженными бактерицидными свойствами обладают коптильные экстракты, полученные экстра­гированием пиролизной древесины и шрота смеси пряностей, так как они содержат наибольшее количество фенолов.

Существует ряд объяснений механизма бактерицидного дей­ствия фенольных соединений. Одни авторы считают, что фенолы понижают поверхностное натяжение на границе раствора бактери­цида и бактериальной клетки, адсорбируются на поверхности клет­ки, вызывая изменение физического состояния коллоидов в ней, что и приводит к гибели микроорганизмов. Другие связывают бак­терицидные свойства фенолов с их взаимодействием с бактериаль­ными белками, воздействием на окислительно-восстановительную систему клеток, способностью к растворению клетки. А. Сатору пришел к заключению, что бактерицидный эффект выражается в подавлении жизнедеятельности клеток микроорганизмов химиче­скими веществами и в проникновении их в клетку. Бактерициды, относящиеся к классу кислот, эфиров и соединений фенолов, воз­действуют, проникая в плотную часть клетки, тогда как соедине­ния, имеющие хиноидные группы, оказывают влияние на микро­организмы в основном в зависимости от проницаемости клеток. Проникновение различных консервантов обусловливается адсорбционной способностью поверхности клеточной оболочки микро­организмов, а эффект бактерицидности — химической природой бактериальных ингибиторов. Концентрации таких веществ, как фе­нолы, кислоты, сложные эфиры, достигают определенного равно­весия, тогда как содержание других веществ постепенно уменьшается вследствие реакции с составными частями субстрата, в кото­ром находятся микробы.

При увеличении алкильных боковых цепей в фенольном ядре увеличивается и бактерицидная сила. Отмечены и другие законо­мерности. Например, фенолы, содержащие разветвленные боковые цепи или две алкильные группы с одинаковым число атомов уг­лерода, обычно менее бактерицидны по сравнению с фенолами, имеющими n-алкильные группы или одну из них.

Химизм антисептического действия кислот зависит, помимо природы микроорганизмов, проявляющих различную степень ре­зистентности к кислотам, от способности к диссоциации, от при­роды аниона и сочетания этих факторов.

Карбонильные составляющие коптильного дыма, так же как и спирты, мало участвуют в бактерицидном действии копчения. Ней­тральные соединения и органические основания обладают бакте­рицидным эффектом, а углеводы, наоборот, стимулируют рост микрофлоры.