Химический состав

Различают элементарный и молекулярный химический состав рыбы. Элементарный химический состав показывает содержание отдельных химических элементов в теле рыбы. В настоящее время в теле рыбы обнаружено около 60 химических элементов. Элементы, содержащиеся в рыбе в сравнительно больших количествах (более 0,001%), называют макроэлементами (кислород, водород, углерод, азот, кальций, фосфор, сера); элементы, содержание которых в рыбе не превышает 0,001%, получили название микроэлементов (йод, железо, бром, фтор и др.). Микроэлементы имеют огромное физиологическое значение, они участвуют в процессе обмена веществ в организме.

Молекулярный химический состав показывает содержание в рыбе отдельных химических соединений и их количественное соотношение.

При промышленной обработке рыбы обычно учитывают содержание в ней белка, жира, воды, минеральных веществ (золы). В некоторых случаях дополнительно определяют содержание витаминов, небелковых азотистых веществ и собственно белков, отдельных минеральных элементов, аминокислот, жирных кислот.

Химический состав мяса некоторых видов рыб приведен в табл. 2.

Таблица 2

Характеристика химических веществ ткани рыбы

В состав тканей рыбы входят различные химические вещества, среди которых преобладают белки и небелковые азотистые вещества, жиры, вода и минеральные вещества. В небольшом количестве содержатся витамины, ферменты и углеводы.

Белки - наиболее важные в биологическом отношении и наиболее сложные по своей химической структуре органические вещества, участвующие в построении тканей и органов тела рыбы.

Белки относятся к незаменимым веществам, без которых невозможны жизнь, рост и развитие организма. Они участвуют в образовании многих важных структур, в энергетическом балансе организма.

Белки являются высокомолекулярными азотсодержащими веществами, находящимися в клетках преимущественно в коллоидном состоянии. Это состояние белков обусловливает их неустойчивость в зависимости от изменений условий среды. Повышение температуры и давления, воздействие некоторых органических и неорганических веществ могут вызывать нарушение строения молекулы белка, что приводит к изменению некоторых его нативных свойств. Это явление называется денатурацией.

В состав белков входят углерод, кислород, водород, азот, сера. Среднее содержание азота в белках рыбы составляет 16%, поэтому общее содержание белки в рыбе определяют умножением содержания азота, определяемого химическим способом, на коэффициент 6,25, поскольку 100:16=6,25.

Содержание углерода, кислорода, водорода в различных белках колеблется в сравнительно небольших пределах.

Белки построены из аминокислот, среди которых есть заменимые аминокислоты, способные синтезироваться в организме человека, и незаменимые, которые в организме человека не синтезируются и должны поступать с пищей. Белки, содержащие все незаменимые аминокислоты, называются полноценными. Почти все белки мяса рыбы являются полноценными, исключение составляют белки соединительной ткани - коллаген и эластин.

Из 30 известных аминокислот особый интерес представляют незаменимые. К числу незаменимых отнесено девять аминокислот: метионин, лизин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, валин и гистидин.

Содержание незаменимых аминокислот в некоторых видах рыб приведено в табл. 3.

Таблица 3

Небелковые азотистые (экстрактивные) вещества являются продуктами обмена веществ (белков) и представляют собой низкомолекулярные вещества, содержащие азот и выполняющие определенную физиологическую функцию в организме рыбы. Они легко извлекаются - экстрагируются при обработке мышечной ткани рыбы водой, поэтому их называют экстрактивными азотистыми веществами.

Ниже приведено содержание небелковых азотистых веществ в мясе рыб разных семейств (в % массы мяса).

Содержание небелковых азотистых веществ в тканях рыбы, как видно из приведенных выше данных, невелико, поэтому они незначительно влияют на пищевую ценность рыбы. Вместе с тем некоторые из них придают рыбе специфические вкус и запах. Небелковые азотистые вещества в большей степени, чем белки, подвержены воздействию микроорганизмов, и потому от их содержания зависит скорость порчи рыбы при хранении.

К небелковым азотистым веществам относятся аммиак, триметиламин, аминокислоты, мочевина, гистамин, гистидин, бетаин, креатин. Аммиак и триметиламин в свежей рыбе содержатся в небольших количествах и образуются главным образом после смерти рыбы при воздействии на нее микробов, придавая ей неприятный запах. В пресноводных рыбах содержатся в основном аммиак, в морских - триметиламин.

Аминокислоты в свободном состоянии присутствуют в мышечной ткани рыб, как правило, в небольшом количестве (не более 1% общего количества азота в мышцах).

Содержание мочевины, значительное в мышцах акул и скатов (до 2000 мг%), у других промысловых рыб обычно невелико (от 0,5 до 15 мг%).

Гистамин - вещество, образующееся в тканях некоторых видов рыб при хранении, обладает токсическими свойствами.

В табл. 4 показано относительное содержание азота отдельных небелковых веществ в мышечной ткани некоторых видов рыб.

Таблица 4

Жиры всех рыб относятся к продуктам высокой биологической ценности. Физиологическое значение жира весьма разнообразно. Жиры являются самым важным источником энергии по сравнению с остальными пищевыми веществами. Так, при сгорании 1 г жира образуется 37,7 кДж (9 ккал), тогда как при сгорании 1 г угловодов - 16,7 кДж (4 ккал). Жиры участвуют в пластических процессах, являясь структурной частью клеток и их мембранных систем.

По химическому составу жиры представляют собой сложные комплексы органических соединений, основными структурными компонентами которых являются глицерин и жирные кислоты.

Жиры рыб по своим функциональным свойствам делятся на структурные, содержащиеся во всех тканях рыбы, и резервные, сосредоточенные преимущественно в подкожном слое, во внутренних органах или брюшной полости.

Структурные жиры, являясь составной частью клетки, содержатся в органах и тканях в постоянных количествах и имеют определенный состав.

Жиры представляют собой смесь большого числа глицеридов, в составе которых обнаружено более 25 высокомолекулярных насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Благодаря многочисленности и большому разнообразию жирных кислот, входящих в состав жиров рыб, последние имеют гораздо более сложный состав, чем жиры наземных животных. Присутствующие в жирах рыб в значительных количествах линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты являются очень важными, физиологически необходимыми веществами и причисляются к витаминам (витамин F).

При хранении рыбы содержащийся в ней жир под воздействием тканевых ферментов постепенно гидролизуется с образованием глицерина и свободных высокомолекулярных кислот. Благодаря высокой ненасыщенности жиры рыб легко подвергаются окислению, что имеет большое значение при обработке и хранении рыбы.

В тканях рыбы присутствуют вещества, играющие роль природных антиокислителей и предохраняющие жиры от быстрого окисления. К таким антиокислителям относятся растворимые в жирах витамины группы Е (токоферолы).

Биологическая активность жиров рыб обусловлена содержанием в них полиненасыщенных жирных кислот. В табл. 5 приведены данные о содержании полиненасыщенных жирных кислот в жире некоторых видов рыб.

Таблица 5

Ферменты - белковые вещества, выполняющие роль биологических катализаторов химического превращения веществ при белковом, жировом и углеводном обмене в организме. Протекающие в живом организме при участии ферментов реакции идут постоянно в направлениях распада и образования необходимых организму новых веществ. После гибели организма ферментативные процессы сводятся только к распаду веществ.

Активность ферментов у различных видов рыб в разные сезоны года неодинакова. При температурах, близких к 0° С, активность ферментов снижается, при температурах выше 60-70° С ферменты утрачивают свою активность или инактивируются.

В мышечной ткани рыб обнаружено более 50 ферментов. Активный комплекс ферментов находится во внутренних органах.

Исходя из типа катализируемых реакций, ферменты делят на шесть классов: оксидоредуктазы - ферменты, участвующие в процессах окисления и восстановления различных органических веществ. К ним относятся имеющие весьма большое значение в технологических процессах обработки рыбы каталаза и пероксидаза, участвующие в процессе окислительной порчи жиров;

трансферазы - ферменты, осуществляющие перенос различных радикалов, остатков аминогрупп и др.;

гидролазы катализируют гидролитическое расщепление белков и пептидов (пептидазы или пептидгидролазы), углеводов (гликозидазы) и др.;

липазы способны отщеплять различные группы от субстрата негидролитическим путем (без участия воды) с образованием двойных связей;

изомеразы катализируют превращение изомерных форм веществ, т. е. осуществляют внутримолекулярное перемещение различных групп;

лигазы - ферменты, катализирующие реакции синтеза за счет энергии расщепления АТФ.

Витамины по своей природе относятся к небелковым веществам, представленным группой низкомолекулярных органических соединений различного химического строения. Содержание витаминов в тканях рыбы, как и ферментов, незначительно, однако их роль в организме велика - при отсутствии или недостатке витаминов наступают глубокие нарушения в процессах обмена веществ.

В теле рыбы витамины распределены неравномерно. Во внутренних органах их содержится гораздо больше, чем в мышцах. Витамины делятся на две большие группы - растворимые в воде и растворимые в жирах. К водорастворимым витаминам, обнаруженным в рыбе, относятся В₁, В₂, В₆, B₁₂, фолиевая кислота, Н, РР, инозит и пантотеновая кислота, в небольшом количестве обнаружен витамин С. К жирорастворимым витаминам относятся витамины A, D₃, Е.

Водорастворимые витамины довольно устойчивы к действию физических и химических факторов и при обычных способах обработки рыбы большей частью сохраняются. При варке рыбы значительная часть находящихся в ней водорастворимых витаминов переходит в бульон. Витамин А устойчив к действию повышенной температуры при отсутствии в среде кислорода, но в его присутствии быстро разрушается.

Минеральные вещества содержатся в разных частях тела рыбы в неодинаковых количествах. Обнаруживаются минеральные вещества в золе, полученной при сжигании мяса и других частей и органов рыбы. Наибольшее количество минеральных элементов содержится в костях. Общее количество минеральных веществ в теле рыбы составляет 4%. В рыбе количественно преобладают фосфор, кальций, калий, натрий, магний, сера и хлор (макроэлементы). Остальные обнаруженные элементы - железо, медь, марганец, кобальт, цинк, молибден, йод, бром, фтор и др. - содержатся в очень малых количествах (микроэлементы). Основная масса кальция и фосфора в теле рыбы содержится в костях, образуя их твердый остов. Натрий, калий, фосфор, магний, хлор входят в состав саркоплазмы мышечных клеток, межклеточной жидкости, плазмы крови. Сера входит в состав белков.

Большое физиологическое значение имеют микроэлементы, входящие в состав ряда важных органических соединений.

В мясе морских рыб содержится больше минеральных веществ, чем в мясе пресноводных. Важным различием между морскими и пресноводными рыбами является практически полное отсутствие в мясе пресноводных рыб йода и брома.

Наблюдаемые пределы колебаний содержания минеральных элементов в мясе различных рыб приведены в табл. 6.

Таблица 6

Особенно разнообразен и богат состав микроэлементов в тканях морских рыб.

В табл. 7 приведены данные о содержании макро- и микроэлементов в некоторых массовых видах рыб.

Таблица 7

Углеводы в тканях рыбы содержатся в сравнительно небольшом количестве, основным из них является, гликоген.

В живом организме при мышечной работе гликоген расходуется, при отдыхе накапливается. В процессе мышечной работы он подвергается распаду с образованием молочной кислоты, поэтому в мышцах наряду с гликогеном обычно присутствует и молочная кислота.

Содержание гликогена в мышцах рыбы зависит от физиологического состояния организма, упитанности рыбы. В мясе различных рыб обнаружено от 0,05 до 0.85% гликогена и от 0,005 до 0,43% молочной кислоты. В небольших количествах в мясе рыбы присутствуют моносахариды (пентозы) - рибоза и дезоксирибоза (6 мг%), которые являются продуктами превращения нуклеиновых кислот, входящих в состав сложных белков и нуклеотидов.

Наряду с вышеназванными углеводами в мышцах (соединительной ткани), а также в коже и костях рыб содержатся комплексные полисахариды - мукополисахариды, в состав которых входят гексозамины, составляющие около 45%, массы мукополисахаридов.

Вода, заключенная в тканях рыбы, участвует в биохимических реакциях, обусловливающих посмертные изменения и порчу рыбы, а также в физических и химических процессах, происходящих в тканях рыбы при ее последующей обработке.

В тканях рыбы вода находится частично в связанном и частично в свободном состояниях, поэтому она неоднородна по своим физико-химическим свойствам, биологической роли и технологическому значению.

Воду, прочно удерживаемую силами физико-механической связи с молекулами растворенных и нерастворенных гидрофильных веществ, главным образом белков, называют адсорбционной, или связанной, водой, а остальную находящуюся в мясе рыбы воду - свободной водой, относя к ней не только механически, но и осмотически удерживаемую воду, поскольку ей соответствует весьма малая энергия связи.

Связывание воды с белковыми и другими гидрофильными веществами изменяет ее физические свойства, что важно для правильного понимания процессов консервирования рыбы холодом.

В отличие от обычной свободной воды связанная вода не является растворителем, требует значительно больше тепла для испарения, имеет пониженную диэлектрическую проницаемость и не замерзает даже при таких низких температурах, как -30÷-40° С. Содержание связанной воды в мясе свежей рыбы составляет 5-8% (в расчете на сырое вещество).

Любое внешнее воздействие на мясо рыбы (измельчение, замораживание и др.) вызывает изменение соотношения разных форм воды в нем. Например, при замораживании рыбы вода из ее мяса не удаляется, но связь воды с белками, а следовательно, в какой-то степени и структура мяса нарушаются, в результате чего после размораживания мясо оказывается менее упругим и из него свободно выделяется мышечный сок.

При посмертных изменениях и порче рыбы структура мяса также нарушается, при этом содержание структурно-свободной воды в нем увеличивается.

Химический состав отдельных частей тела рыбы

Мясо является наиболее важной в пищевом отношении частью тела рыбы и обычно составляет около 50% массы целой рыбы.

Химический состав мяса разных видоз рыб значительно колеблется, особенно заметны колебания в содержании жира (0,2-20% и более). Содержание азотистых веществ в мясе рыбы сравнительно постоянно, у большинства рыб оно составляет в среднем 16-20%. Химический состав мяса некоторых видов рыб был приведен в табл. 2.

Гонады - икра и молоки. Развитые яичники или ястыки с икрой, не достигшей еще полной зрелости, представляют собой ценное пищевое сырье, содержащее белки, жиры и витамины.

Химический состав икры различных видов рыб неодинаков, в значительной степени зависит от стадии половой зрелости, времени лова. По сравнению с мясом рыбы в икре содержится гораздо больше азотистых веществ и меньше воды. Содержание азотистых веществ в икре составляет в среднем 26-28%, воды - 55-75%. У некоторых видов рыб в икре содержится до 14-15% жира (осетровые, лососевые), в среднем содержание жира составляет 1-2%. По мере созревания икры количество жира в ней уменьшается, а воды увеличивается. Общее содержание минеральных веществ (золы) в икре больше, чем в мясе рыбы, и составляет в среднем 1,5-2,0%. Преобладающее значение среди зольных элементов имеет фосфор, входящий в состав органических соединений икры.

Развитие молок в теле рыбы протекает аналогично развитию икры. Масса молок значительно меньше массы ястыков икры и обычно не превышает 1-2%. По пищевым достоинствам молоки значительно уступают икре. Они более обводнены (содержание воды 60-80%) и содержат меньше азотистых веществ (12-18%), причем последние представлены в основном малоценными в пищевом отношении белками. Содержание жира в молоках колеблется от 1-2 до 15-16%. По мере созревания молок количество жира в них уменьшается, а азотистых веществ увеличивается.

Печень лишь немногих видов промысловых рыб имеет значение как самостоятельное сырье для получения различной продукции. В состав печени многих рыб наряду с относительно малым количеством азотистых веществ входит большое количество жира. Так, в печени тресковых рыб содержится до 60-70% жира. Печень содержит большое количество витаминов А и D. В печени в значительных количествах содержатся витамины В₁, В₂, B₁₂, фолиевая кислота, витамин РР, пантотеновая кислота, а также витамин С.

Из минеральных веществ в печени в наибольшем количестве содержатся фтор, фосфор, йод, обнаружены также сера, бром, мышьяк.

Кости в теле рыбы составляют около 10% общей массы (за исключением костей головы). В костях содержится значительное количество жира и довольно много неполноценных белков. В костях много минеральных веществ, из которых около 80% составляет фосфорнокислый кальций.

Плавники составляют незначительную часть общей массы тела рыбы - 1,5- 4%). По химическому составу они близки к костям. Белковые вещества плавников, так же как и костей, - представлены преимущественно коллагеном или оссеином.

Кожа составляет 2-7% общей массы рыбы. В коже содержится до 85-90% коллагена (от общего содержания азотистых веществ), 0,7-1,5% жира.

Чешуя составляет 1-10% массы тела рыбы и содержит 0,06-0,3% гуанина (от массы чешуи). Белковые вещества чешуи на 80% состоят из коллагена.

Внутренности рыб (пищевод, желудок, кишечник, почки, поджелудочная железа, пилорические придатки) содержат до 80% жира и составляют 3,8-8% массы тела рыбы.

Изменение химического состава рыбы под влиянием различных факторов

Химический состав рыбы непостоянен и зависит от возраста и пола, места обитания, условий жизни, времени года (сезона лова).

Изменения химического состава, обусловленные возрастом, могут быть весьма значительными. С возрастом, а следовательно, с увеличением размера рыбы содержание жира в ней возрастает, а воды уменьшается.

Различия в химическом составе, зависящие от пола рыбы, связаны прежде всего с тем, что в период половой зрелости в теле рыбы развиваются половые органы или гонады, которые иногда составляют до 30% массы целой рыбы. У некоторых видов рыб (осетровые, лососевые, частиковые) икра представляет собой весьма ценный пищевой продукт. В зависимости от вида рыбы и стадии зрелости ястыков в икре содержится 15-30% белка, 1-18 жира, 52-80 воды, 1-2% минеральных веществ. В ее состав входят также водорастворимые витамины группы В, витамин С, никотиновая кислота, жирорастворимые витамины A, D и Е. Развитые гонады самцов (молоки) содержат 12-18% белка, 1 -18 жиpa, 60-80 воды, 1-2% минеральных веществ, а также витамины группы В, никотиновую кислоту, витамин С, небольшое количество витамина А.

Различия в химическом составе, связанные с местом обитания рыб, обусловлены неодинаковой кормовой базой в разных водоемах. В водоемах с повышенной кормностью рыбы растут и нагуливаются быстрее, чем в водоемах с пониженной кормностью, и в одинаковом возрасте имеют большие размеры и упитанность.

Сезонные изменения химического состава рыбы бывают весьма значительными. Годичный цикл жизни рыбы делится на период, связанный с процессом воспроизводства (время созревания гонад, преднерестовых миграций и нереста), и период интенсивного питания и нагула рыбы после нереста.

В процессе развития белковые и жировые вещества внутри тела рыбы перемещаются. Если в этот период рыба нормально питается, то расход веществ на построение гонад компенсируется поступлением их вместе с пищей и химический состав рыбы изменяется незначительно. Если рыба питается мало, то созреванию гонад сопутствует значительное изменение химического состава рыбы, особенно заметно уменьшается содержание жира.

Движение рыбы к месту нереста сопровождается затратой большого количества энергии, основным источником которой является содержащийся в ее теле жир. Кроме того, нерест связан с дополнительным расходом энергии и потерей веществ в виде выметанной икры и молок. После нереста содержание жира в рыбе восстанавливается.

Сезонные изменения содержания азотистых и минеральных веществ в рыбе обычно менее выражены, чем жира, поэтому при оценке сырья их можно не учитывать.