Разработка технологии гидролизатов с высокой молекулярной массой для мясных рубленых полуфабрикатов

В настоящее время одной из наиболее важных мировых проблем является непрерывно возрастающий дефицит пищевого белка животного происхождения, основным источником которого являются, в первую очередь, мясо и мясопродукты. Уникальные пищевые качества животного белка делают его одним из важнейших компонентов сбалансированного питания. Незаменимым компонентом сбалансированного питания человека является полноценный белок животного происхождения. Однако, в настоящее время российские производители полностью не могут обеспечить потребности населения. Основная масса белок содержащих продуктов закупается в странах Европы и Америки.

Таким образом, актуальной становится проблема рационального использования произведенного и закупленного мясного сырья, а именно побочных продуктов, таких как мясокостные остатки ручной и механической обвалки мясоперерабатывающей промышленности. Особый класс составляет коллагенсо-держащее сырье: спилок крупного рогатого скота и свиная шкурка. В настоящее время это сырьё по бросовым ценам продается за границу, а затем вновь покупается по высоким ценам в виде белковых добавок. Решение проблемы нехватки белков животного происхождения пытаются решать путем замены белков животного происхождения на растительные, чаще всего соевые белки, в основном закупаемые за рубежом, которые плохо усваиваются организмом человека. При этом сравнительно дешевый модифицированный соевый белок запрещен к использованию в России, а не модифицированный достаточно дорог.

Вся масса человеческого тела на 80% состоит из различных видов соединительной ткани, мышечной — 11%, эпителиальной — 7%, нервной — 2%. Соединительная ткань образует опорный каркас (скелет) и наружные покровы (дерму), является составной частью органов и тканей, формирует вместе с кровью и лимфой внутреннюю среду организма. Главная задача соединительной ткани — общая гармонизация жизнедеятельности всех элементов и микрочастиц человеческого организма. Известно, что животный белок мышечной ткани в организме человека расходуется в основном на пластические нужды. При этом аминокислоты, входящие в состав мышечной ткани позволяют восстановить мышечную ткань организма потребителя. В то время как восстановление соединительной ткани происходит только за счет аминокислот, входящих в состав коллагена. Коллаген — один из основных фибриллярных белков соединительной ткани.

Сложность заключается в том, что нативный коллаген плохо усваивается организмом человека, около 6−7%. Однако при умеренном тепловом воздействии происходит «сваривание» коллагена в результате нарушения части водородных связей внутри пептидных цепей. Изменение их взаиморасположения в структуре коллагена сопровождается ее разрыхлением, повышением гидратации системы и увеличением доступности пептидных связей действию протеаз. Следовательно, гидролизованный коллаген лучше усваивается организмом человека.

Не менее важным является и то обстоятельство, что созданные на основе гидролизованного коллагена структурообразователи обладают набором всех требуемых для производства мясопродуктов свойств — они полезны для человека, а также обладают хорошими функционально-технологическими свойствами. Благодаря этому появляется возможность регулирования реологических свойств готовых продуктов, что особенно важно при производстве мясной продукции.

Данная работа посвящена разработке технологий переработки свиной шкуры и мясокостного остатка цыплят-бройлеров, позволяющих получать качественный пищевой белковый продукт (гидролизат) заданного функционально-технологического назначения. В работе исследованы процессы гидратации сухих гидролизатов свиной шкуры и зависимости технологических свойств гидролизатов от режимных параметров процесса сушки. Разработан метод расчета времени замораживания многослойных структур и паштетов, в рецептуру которых вносятся желирующие компоненты. Разработаны рекомендации по применению гидролизатов при производстве мясных изделий.

Выводы по литературному обзору.

1. Побочные продукты мясои птицеперерабатывающей промышленности являются значительными ресурсами белоксодержащего сырья. Однако в настоящее время это сырье используется нерационально, что обусловлено, главным образом, несовершенством методов его переработки. Особенно актуален этот вопрос при переработке мясокостного остатка, полученного после ручной или механической обвалки тушек цыплят-бройлеров, и свиной шкуры. Большинство птицеперерабатывающих предприятий при переработке такого сырья используют водно-тепловую обработку с последующей сушкой и дроблением, получая кормовую муку. В технологии мясных продуктов свиную шкурку часто используют в тонко измельченном виде взамен применения белков растительного происхождения. Однако, мясные изделия, выработанные с применением подготовленной традиционным способом свиной шкуры, не обладают высокими функционально — технологическими свойствами, а также появляется посторонний запах и привкус в готовых изделиях. Кроме того, не гид-ролизованная свиная шкурка плохо усваивается организмом человека.

2. Характерной особенностью побочных продуктов мясной и птицеперерабатывающей промышленности является неоднородность их по гистологическому и морфологическому составу. Это обусловлено различиями в их свойствах, химическом и белковом составе, представленном как структурными белками, так и некоторым количеством белков мышечной ткани. Содержание в значительном количестве структурных белков обуславливает прочность и плохую переваримость вторичных продуктов и отходов мясной и птицеперерабатывающей промышленности без специальных обработок. В связи с тем, что структуры различных типов белков мышечной и соединительной ткани имеют многообразие сильных и слабых энергий связи, необходимо выявить их влияние на режимные параметры проведения процесса гидролиза.

3. Способы получения гидролизатов или белковых продуктов с частичной модификацией фракций коллагена из белоксодержащего сырья животного происхождения сложны и разнообразны. Это модификации физико-химического, ферментативного или микробиального воздействия. Они проводятся различными методами — щелочным, щелочно-солевым, кислотным, водно-тепловым, водно-солевым, ферментативным и пр. Однако, данные методы переработки сырья представляются длительными и трудоемкими.

4. Ранее были проведены работы по гидролизу мясокостного остатка, где присутствует мышечная ткань и коллаген, если в предыдущих работах изучено извлечение коллагена, то мышечная ткань, как наиболее ценный продукт продолжала в большей степени оставаться на костях, т. е. технологии представленные раннее не подразумевали извлечение мышечной ткани. Для того чтобы разработать технологию извлечения мышечной ткани из мясокостного остатка необходимо изучить способы её экстрагирования, где в растворенное состояние переходит максимальное количество белков.

5. В литературных источниках не представлены исследования по определению криоскопических температур продуктов полученных из побочного сырья мясои птицеперерабатывающей промышленности. В связи с тем что, как правило, эти продукты обладают желирующими свойствами, значительное количество влаги оказывается в связанном виде. В этом случае следует ожидать снижение криоскопической температуры продукта.

6. В связи с понижением криоскопических температур гидролизованных систем следует ожидать уменьшение времени процесса замораживания, а также экономию энергоресурсов на осуществление процесса замораживания.

Цель и задачи исследования

.

Настоящая работа посвящена разработке технологий гидролиза побочных малоценных продуктов мясо и птицепереработки — свиной шкуры и мясокостного остатка, позволяющих получать качественный пищевой белковый продукт с заданными функционально-технологическими свойствами. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— на основе анализа энергий связи в структуре коллагена, разработать технологию гидролиза свиной шкуры, с получением гидролизованного продукта с заданными механическими и функционально-технологическими свойствами;

— разработать технологию сушки гидролизатов свиной шкуры;

— исследовать зависимость технологических свойств гидролизатов коллагена от режимных параметров процесса сушки;

— разработать технологию гидратации сухих гидролизатов свиной шкуры;

— разработать технологию внесения гидролизатов в сухом и гидратирова-ном виде в рецептуры изделий из мяса, например, паштетов и начинок для пельменей;

— изучить кинетику процессов охлаждения и замораживания многослойных структур с начинками и паштетов, в рецептуру которых вносятся желиру-ющие компоненты, дать расчетные соотношения.

Глава 2. Объекты и методы исследования. Постановка эксперимента.

2.1 Характеристика объектов исследования.

Экспериментальные исследования проводились в условиях кафедры технологии мясных, рыбных продуктов и консервирования холодом СПбГУНиПТ.

Объектами исследования являлись свиные шкуры, полученные после ручной и механической обвалки туш свиней и мясокостный остаток цыплят-бройлеров, а также полученные белковые гидролизаты, пельмени, паштеты и деликатесная продукция (шинка и грудинка), выработанные с их применением на мясоперерабатывающих предприятиях ООО «Парнас-М», ОАО «Великонов-городский мясной двор», ЗАО «Викториал». Характеристика исследуемого сырья представлена в таблице 2.1. Таблица — 2.1 Характеристика исследуемого сырья.

Наименование показателя, единица измерения Величина показателя.

Мясокостный остаток Свиная шкура.

Массовая доля влаги, % 65,0±0,5 60,0±0,5.

Массовая доля белка, % 19,5 29,0.

Массовая доля жира, % 4,5±0,3 10,0±0,3.

Массовая доля минеральных веществ, % 12,0±0,4 0,7.

Материалы для исследования были предоставлены мясоперерабатывающими предприятиями ЗАО «Арсенал», ООО «Парнас-М» и ОАО «Лужский завод «Белкозин», ЗАО «Викториал».

Свиная шкурка и мясокостный остаток, расфасованные в блоки по 5 — 15 килограммов, замораживались и хранились при температуре — 18 °C. Перед проведением гидролиза сырье размораживалось на воздухе при температуре 20 — 22 °C до конечной среднеобъемной температуры приблизительно равной 17 °C.

2.2 Методы исследования.

При проведении данной работы использовались стандартные и оригинальные методы определения параметров.

К стандартным методам относятся:

— метод определения массовой доли влаги (ГОСТ Р 51 479−99 (ИСО 144 297));

— метод определения жира (ГОСТ 23 042−86);

— метод определения белка (ГОСТ 25 011−81);

— метод определения содержания хлористого натрия (ГОСТ 9957−73);

— метод определения температуры плавления студня (ГОСТ 8756.117−70);

— метод Кьельдаля для определения содержания азота (ГОСТ 26 889−86).

— метод определения концентрации водородных ионов (ГОСТ Р51 478−99);

— метод определения влагоудерживающей способности (ВУС) [2];

— метод определения жироудерживающей способности (ЖУС) [2];

— метод определения эмульгирующей способности (ЭС) [2];

— метод определения стабильности эмульсии (СЭ) [2];

— метод проведения органолептической оценки мясной продукции (ГОСТ 9959−91);

— метод определения сухих веществ и влаги (ГОСТ 28 561−90, 9793−74);

— рефрактометрический метод определения растворимых веществ (Гост 28 562−90).

К общеизвестным методам относятся:

— метод определения эффективной вязкости на ротационном вискозиметре РВ-8М [40]. Температура исследуемого мясного фарша во время измерений составляла — 0. .4 °С;

— метод определения модуля упругости [32]. Применен в работе к фуга-там и изделиям из мяса.

— метод определения физической и насыпной плотности сырья и готовой продукции [27];

— метод определения массовой доли растворимого азота после обработки пепсином в разведенной соляной кислоте сухого гидролизата (переваривае-мость) [3];

— метод определения растворимости сухих гидролизатов [50].

— метод определения поглотительной способности соляной кислоты сухим гидролизатом [3].

К оригинальным методам относятся:

Определение средней молекулярной массы (ММ) белковых фрагментов методом гель-хроматографии [70] на колонках, заполненных гелями:

— сефадекс 0−50 (ММ разделяемых белков 1000.30 000 Да). Колонка 1×48 см калибрована белками: трипсин (24 000 Да), лизоцим (14 300 Да), инсулин В-цепь (3500 Да), ангиотензиноген (1760 Да), брадикинин (1060 Да);

— сефадекс в-75 (ММ разделяемых белков 3000.70 000 Да). Колонка 1×48 см калибрована белками: бычий сывороточный альбумин (66 000 Да), овальбумин (44 000 Да), трипсин (24 000 Да), инсулин В-цепь (3500 Да);

— сефадекс в-200 (ММ разделяемых белков 5000.800 000 Да). Колонка 1,5×43 см калибрована белками: тироглобулин (670 000 Да), апоферритин (44 000 Да), р-амилаза (200 000 Да), трансферрин (76 500 Да), овальбумин (44 000 Да), трипсин (24 000 Да), лизоцим (14 300 Да).

В качестве элюента использовали 0,15 М ЫаС1. Скорость элюирования на колонках сефадекс в-50 и сефадекс 0−75 — 20 мл/час.

Детектировали спектрофотометрически на длине волны 230 нм.

Для определения ММ взято 5 мг вещества в 1 мл 0,15 М ЫаС1.

Определение прочности фугатов и гидратированных гидролизатов, а также изделий из мяса на приборе Валента. Известный метод [40], суть которого заключается в измерении нагрузки, необходимой для того, чтобы насадка (площадь поверхности соприкосновения равна 2 см) разорвала поверхность студня, может быть модифицирован для колбасных и деликатесных изделий. В этом случае насадка продавливает поверхность продуктов на фиксированную глубину, равную 5 мм. Прочность вычисляют по формуле:

Пп = т где т — масса груза, гплощадь насадки, см .

Удельная теплоемкость © не замороженной части начинок тестовых полуфабрикатов и желирующей заливки определялась по методу [69] численным дифференцированием кривой зависимости энтальпии от температуры с использованием аппроксимированных кривых.

Теплопроводность не замороженной части начинок тестовых полуфабрикатов и желирующей заливки А, определялась по методу [18]: по динамике изменения температурного поля во времени путем экстраполяции этой зависимости к стационарному режиму.

Криоскопическая температура определялась эксперементально путем анализа кривых понижения температуры [42].

Измерение усилия резания проводится на образце продукта имеющем форму прямоугольного параллелепипеда с размерами, указанными на рисунке 2.1: режущая струна образец продукта.

1 см^.

2 см.

5 см.

Рисунок 2.1 — Схема разреза образца продукта для определения усилия резания.

Образец располагается на площадке прибора длинной гранью вдоль струны. Струна, закрепленная на каретке, устанавливается на поверхность продукта (см. рисунок 2.1). После этого площадка каретки постепенно нагружается гирями. Фиксируется масса гирь, при которой струна начинает разрезать образец продукта. При расчете учитывается масса самой каретки (52 г) и диаметр режущей струны (1 мм).

Усилие реза Р (Па) определяется по формуле: р=(М+0,052) где Ь = 0,05 м — длина проволокиБ = 0,01 мдиаметр проволоки- % = 9,8 м/с2 — ускорение свободного паденияМ — масса гирь, кг.

Определение содержания токсичных веществ экспресс-методом с применением инфузорий в качестве тест-объектов используется как в нашей стране, так и за рубежом [52].

Биотестирования широко применяется в производственных лабораториях свинокомплексов, птицефабрик и комбикормовых заводов, что позволяет получать информацию о токсичности сырья и кормов, помогает улучшать качество выпускаемой продукции и предотвращать заболевания животных [20, 21, 22, 34,35,41,72].

Также возможно использование метода биотестирования с помощью инфузорий для экспресс-оценки токсикологических характеристик новых пищевых и кормовых добавок, консервирующих, дезинфицирующих и других соединений на этапе их синтеза, при построении многокомпонентных систем целевого действия на основе названных действующих веществ с пониженной токсичностью.

Метод определения токсичности гидролизатов методом биотестирования.

За основу быстрого и технологичного биотеста взят метод определения токсичности по реакциям простейших инфузорий 81у1отсЫа туШш [66]. В опытах использовали культуру простейших в одной фазе развития — в начале стабилизационной фазы с дозированным кормлением, при постоянной температуре культивирования (22. .24 °С) и квазипоточном культивировании.

Показателем токсичности в методе биотестирования гидролизатов была выбрана реакция хемотаксиса или направленного передвижения, количественно выражающаяся в числе инфузорий, направленно перемещающихся в зоне анализа, что позволяет, автоматизировано регистрировать и измерять тест-реакцию на приборе «Биотестер — 2» .

Хемотаксическая реакция реализуется при условии наличия стабильного и воспроизводимого градиента концентраций химических веществ. Подобный градиент создается путем наслоения в вертикальной кювете на взвесь инфузорий в загустителе (5% ПВА) испытуемой водной пробы. При этом в кювете образуется стабильная граница, которая сохраняется в течение всего времени биотестирования. В течение 30 минут происходит перераспределение инфузорий по зонам. В случае, если исследуемая проба не содержит токсических веществ, в кювете будет наблюдаться концентрация клеток инфузорий в верхней зоне. Наличие в исследуемой пробе токсических веществ приводит к иному характеру перераспределения инфузорий в кювете, а именно чем выше токсичность пробы, тем меньшая доля инфузорий перемещается в верхнюю зону (исследуемую пробу).

Критерием токсического действия является значимое различие в числе клеток инфузорий, наблюдаемых в верхней и нижних зонах кюветы.

Индекс токсичности определяется как:

Т = ср. контроль ^ср.опыт) ^ ср. контроль.

По величине индекса токсичности анализируемые водные пробы классифицируются на 4 группы (таблица 2.2):