Научная статья на тему 'Молекулярная структура загустителей и их использование при производстве мясопродуктов'

Молекулярная структура загустителей и их использование при производстве мясопродуктов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
206
67
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Касьянов Г. И., Запарожский А. А., Левченко С. А., Шепило Е. А., Садовой В. В.

Изучены молекулярные свойства и выполнен анализ распределения электронной плотности натуральных загустителей на основе полисахаридов животного происхождения. Обоснована возможность использования растворов хитозана в молочной сыворотке при производстве пищевых продуктов с повышенной активной кислотностью (рН > 6,0). Исследовано влияние продуктов переработки хитина на исходные функционально-технологические и структурно-механические свойства соевых концентратов и мясного сырья.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Молекулярная структура загустителей и их использование при производстве мясопродуктов»

11, Volokolamskoye highway, Moscow, 125080; ph.: (495) 158-71-23, e-mail: Val-kolpakova@rambler.ru

The resource-saving method of rye grain processing with production enzyme hydrolysates of polysaccharides and protein are designed. Optimal regimes of different prosessing stages are defined, analysis of physico-chemical quality parameters of raw materials, medium and final products (extruded articles, hydrolysates, sugar syrup, protein and residue product) are executed, the ways for use obtained products in production of food and mixed fodder are recommended.

Key words: rye, extrusion, enzyme hydrolysis, protein product.

547.458.88+637.5

МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА ЗАГУСТИТЕЛЕМ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МЯСОПРОДУКТОВ

Г.И. КАСЬЯНОВ А.А ЗАПОРОЖСКИЙ1, С.А. ЛЕВЧЕНКО2, Е.А. ШЕПИЛО3, В.В. САДОВОЙ2

1 Кубанский государственный технологический университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; факс: (861) 259-65-92, электронная почта: kasyanov@kubstu.ru

2 Ставропольский государственный аграрныш университет,

355017, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12; ф>акс:(865) 234-58-70, электронная почта: vsadovoy@yandex.ru 3 Северо-Кавказский государственный технический университет,

355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2; (факс: (865) 294-59-10, электронная почта: jbpp@ncstu.ru

Изучены молекулярные свойства и выполнен анализ распределения электронной плотности натуральных загустителей на основе полисахаридов животного происхождения. Обоснована возможность использования растворов хитозана в молочной сыворотке при производстве пищевых продуктов с повышенной активной кислотностью (рН > 6,0). Исследовано влияние продуктов переработки хитина на исходные функционально-технологические и структурно-механические свойства соевых концентратов и мясного сырья.

Ключевые слова: натуральные загустители, молекулярная структура, мясные продукты, функционально-технологические свойства.

В пищевой промышленности в качестве веществ, изменяющих консистенцию пищевых продуктов, используют природные полисахариды, одним из которых является хитозан. Его используют в качестве эмульгатора, загустителя и структурообразователя для продуктов диетического питания, способствующих выведению радионуклидов из организма.

Хитозан - природный катионный полиамин. Такая структура крайне редко встречается среди природных веществ и уникальна среди полисахаридов. По химическому строению хитозан представляет собой Р-(1-4)-2-амино-2-дезокси-.0-гликополисахарид.

При низких значениях рН (< 6,3) аминогруппа про-тонизирована, и хитозан представляет собой катионный водорастворимый полиэлектролит. В кислой среде хитозаны, дезацетилированные на 75% и более, растворяются быстро, образуя прозрачные, гомогенные и вязкие растворы. Достаточно высокая термическая устойчивость растворов хитозана позволяет использовать его в колбасном производстве.

В прикладной программе НурегСЪет разработаны модели фрагментов молекул (рис. 1, а) и распределение электронной плотности (рис. 1, б).

Результаты моделирования свидетельствуют, что наибольшая плотность распределения отрицательного электростатического потенциала сосредоточена в области атомов азота. Это обусловливает возможность присоединения протона к атому азота в среде с невысокой активной кислотностью. На этом свойстве основана способность хитозана растворяться в органических кислотах с получением коллоидных растворов и их использование для производства пищевых продуктов с целью придания им соответствующих органолептических, реологических и физических характеристик.

На кафедре прикладной биотехнологии Северо-Кавказского государственного технического университета была установлена возможность использования молочной сыворотки в качестве растворителя хитозана с целью получения коллоидного раствора. Подобная технология имеет ряд преимуществ. Прежде

а

Рис. 2

всего, сыворотка является натуральным продуктом и всегда имеется на молочных предприятиях в достаточном количестве. По своему составу, пищевой и биологической ценности сыворотка - ценное сырье, из которого можно производить широкую номенклатуру пищевых продуктов. При растворении хитозана в сыворотке органические кислоты способны отдавать протон атому азота хитозана (рис. 2, а).

Об изменении распределения электронной плотности хитозана в присутствии молочной кислоты свидетельствует конфигурация поверхности (рис. 2, б). Хорошо видны области с повышенной электронной плотностью, на которые в первую очередь может быть направлена атака электрофильного реагента, а также области с минимумом электронной плотности, на которые может быть обращена атака нуклеофильных реагентов. Отсюда вытекают два важных свойства хитозана: растворяться в кислой среде и способность связываться с поверхностью молекул, несущих отрицательный заряд. Напротив, ацетилированная аминогруппа хитозана не имеет заряда и отвечает за гидрофобные взаимодействия. Поэтому хитозан и его производные применяют как натуральные гелеобразователь и эмульгатор.

Фактическое распределение энергии по поверхности молекулы можно наблюдать на так называемой карте поверхности (рис. 3), на которой наглядно видны участки без заряда. Эти области молекулы являются гидрофобными и ориентированы в сторону неполярных молекул. Наличие таких областей свидетельствует о способности молекулы образовывать эмульсии.

При значении рН выше 7 аминогруппа депротони-зирована, хитозан нерастворим в воде. Однако в этом интервале рН аминогруппа проявляет нуклеофильные свойства, и неподеленная электронная пара обусловливает возможность образования связей с противоположно заряженными группами ряда соединений. На этом свойстве хитозана основано получение водорастворимых (при рН выше 7) производных хитозана, в том числе сукцината хитозана. Результаты геометрической оптимизации участка молекулы сукцината хитозана (рис. 4, а) свидетельствуют, что эта молекула имеет области с повышенной и низкой электронной плотностью (рис. 4, б) и способна растворяться в щелочных, нейтральных и кислотных растворах.

Учитывая лечебно-профилактические свойства хитозана, а также результаты предварительных исследований по растворимости, установили, что 3-4%-е растворы хитозана в молочной сыворотке не будут оказывать существенного влияния на величину активной кислотности мясной фаршевой системы, а наличие сывороточных белков будет способствовать повышению пищевой ценности готовых изделий. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что в дальнейших исследованиях для растворения хитозана целесообразно использовать молочную сыворотку с рН 4 ,5-5,0, а для сукцинатов хитозана - воду.

При производстве мясных изделий широко применяются соевые белковые препараты. Были изучены

а

а

эмульсионные свойства и гелеобразующая способность, характеризуемая степенью пенетрации, гидратированного и термостатированного (до 72°С в центре, что соответствует режимам термообработки мясопродуктов) соевого концентрата в присутствии хитозанов и сукцинатов хитозана.

При изучении эмульгирующей способности и степени пенетрации к гидратированному соевому концентрату добавляли растворенные в сыворотке образцы хитозана (концентрация 3%) и в воде - сукцината хитозана (концентрация 2%). Предварительные исследования показали, что оптимальные условия, обеспечивающие высокую эмульгирующую и гелеобразующую способности системы, наблюдаются при количественном содержании сухого хитозана от 0,15 до 0,25% к массе негидратированного соевого концентрата. Дальнейшее увеличение концентрации хитозанов в смеси не приводило к значительным изменениям эмульгирующей и гелеобразующей способностей. Установлено, что опытные образцы обладают довольно высокими эмульгирующими свойствами по сравнению с контролем. Полученные данные свидетельствовали, что введение хитозана повышает эмульгирующую способность более чем в 2,5 раза, сукцината хитозана - в 2,2 раза.

В образовании и стабилизации эмульсий существенную роль играют как белки, так и полисахариды. Белки, растворимые в водной фазе эмульсии, выполняют прежде всего функцию поверхностно-активных веществ, облегчающих процесс эмульгирования; кроме того, они участвуют в формировании межфазных адсорбционных слоев, препятствующих коалесценции в эмульсиях, а хитозаны и сукцинаты хитозана играют роль загустителя водной фазы, повышающего седи-ментационную устойчивость эмульсии.

Гидратацию соевых концентратов осуществляли в зависимости от количественного содержания белка -до содержания протеина 14%, что соответствует вареным колбасам 1-го сорта. Более плотными по структуре и, соответственно, с меньшими значениями показателя степени пенетрации по сравнению с контролем, без производных хитина (15,5), обладали образцы с сукцинатом хитозана (10,1) и с хитозаном (10,5 мм). Полученные данные свидетельствуют, что производ-

ные хитина оказывают существенное влияние на прочностные характеристики соевого концентрата, повышая его гелеобразующую способность, что также связано с исключительной гидрофильностью полисахаридов.

Полученный экспериментальный материал позволяет сделать вывод, что хитозаны и сукцинаты хитозана оказывают положительное влияние на ФТС соевых белковых препаратов, что выражается в увеличении исходных показателей эмульгирующей и гелеобразующей способностей соевых концентратов. Известно, что продукты переработки хитина агрегируются в комплексы с белками мяса, такая система обладает повышенной гелеобразующей способностью. Однако использование хитозана при производстве мясопродуктов мало изучено, поэтому было исследовано влияние хитозана и сукцината хитозана на функциональные и структурно-механические характеристики мясных фаршевых систем: стабильность эмульсии (СЭ), характеризующую способность образовывать эмульсии с белками мяса, и предельное напряжение сдвига (ПНС) как гелеобразующего показателя. В качестве мясного сырья использовали охлажденное мясо лопаточной части говядины высшего сорта с рН 6,0 и свинины нежирной с рН 5,8.

В соответствии с планом эксперимента при составлении опытных образцов в фаршевые системы добавляли 25% воды, часть из которой составляли 3%-е растворы хитозана и сукцината хитозана. В образцах определяли показатели стабильности эмульсии и предельного напряжения сдвига.

Полученные экспериментальные данные свидетельствовали о значительном повышении отдельных ФТС мясной системы при внесении растворов хитозана и сукцината хитозана. Показатель СЭ в контрольном образце составлял 6,8%, а при введении продуктов переработки хитина достигал 63,0%, ПНС варьировало от 410 до 840 Па соответственно. В результате проведенных исследований было определено количественное содержание продуктов переработки хитина при совместном введении к массе мясного сырья.

Поступила 07.07.08г.

MOLECULAR STRUCTURE OF THICKENERS AND THEIR USE IN MANUFACTURE OF MEAT PRODUCTS

G.I. KASYANOV A.A. ZAPOROZHSKY S.A. LEVCHENKO2, E.A. SHEPILO 3, V.V. SADOVOY2

IKuban State Technological University,

2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; fax: (861) 259-65-92, e-mail: kasyanov@kiibstu.ru

2 Stavropolsky State Agrarian University,

12, Zootechnishesky ave, Stavropol, 355017; fax: (865) 234-58-70, e-mail: vsadovoy@yandex.ru

3 North-Caucasian State Technical University,

2, Kulakov st., Stavropol, 355029; fax: (865)294-59-10, e-mail: fbpp@ncstu.ru

Molecular properties and the distribution of electronic density of natural thickeners on the basis of animal origin polysaccharides have been investigated. The opportunity ofhitosan solutions usage in dairy whey is proved for manufacture of foodstuffwith the increased active acidity (pH > 6,0). Influence of chitin processing products to initial functional-technological and structural-mechanical properties of soy concentrates and meat raw material has been investigated.

Key words: natural thickeners, molecular structure, meat products, functional-technological properties.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.