CC BY
68
УДК 663.853.52:664 С.М. Доценко, О.В. Скрипко,
Т.К. Каленик, Е.В. Медведева
РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИИ НАТУРАЛЬНЫХ ФАРШЕВЫХ СОЕВО-МЯСНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ С ОБОСНОВАНИЕМ ИХ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Разработана биотехнология белково-ликопинового коагулята для производства соево-мясных фаршевых наполнителей. Экспериментальным путем и с помощью математического моделирования обоснованы параметры технологического процесса, изучены химический состав и структурнореологические характеристики фаршевых соево-мясных наполнителей.
Ключевые слова: соевая белковая дисперсная система, белково-ликопиновый коагулят, термокислотная коагуляция, мясо-растительная композиция.
S.M. Dotsenko, O.V. Skripko, T.K. Kalenik, E.V. Medvedeva
THE BIOTECHNOLOGY DEVELOPMENT OF THE NATURAL MINCED SOYBEAN-MEAT FILLINGS WITH
THE SUBSTANTIATION OF THEIR STRUCTURAL-MECHANICAL AND BIOLOGICAL CHARACTERISTICS
The biotechnology of the protein-lycopene coagulate for the soybean-meat minced filling production is developed. By experimental way and with the help of mathematical modeling the technological process parameters are substantiated, the chemical composition and the structural-reological characteristics of minced meat-soybean fillings are studied.
Key words: soybean protein dispersion system, protein-lycopene coagulate, thermal-acid coagulation, meat-vegetable composition.
Введение. В отечественной концепции здорового питания важное место занимает использование растительных белков в производстве пищевых продуктов. В целом продукты с добавлением растительных белков относят к здоровой пище с улучшенным балансом питательных веществ по сравнению с традиционными продуктами.
Значительное изменение структуры питания населения, снижение объемов производства основных видов пищевых продуктов, в том числе и мясных, вызвало необходимость замены части дефицитного сырья биологически ценными полифункциональными добавками.
В Америке и Европе разработаны технологии производства концентрированных соевых белков, которые активно применяются во многих отраслях пищевой промышленности как добавки, обогатители, улучши-тели, структурирующие компоненты. Они позволяют значительно расширить ассортимент мясных комбинированных изделий, в том числе и изделий для лечебно-профилактического питания.
Однако многие известные методы получения концентрированных соевых белков связаны либо со сложностью и многостадийностью технологического процесса производства, либо с применением реагентов, запрещенных к использованию в диетических и лечебно-профилактических продуктах.
Цель исследований. Разработка биотехнологии мясо-растительного фарша заданного состава и свойств.
Объекты и методы исследований. Соевая белковая дисперсная система, приготовленная из семян сои перспективного сорта «Лазурная», соответствующих ГОСТ 17109-88. «Соя. Требования при заготовках и поставках»; приготовленные с её использованием коагуляты; томатная паста 30 %-я по ГОСТ 3343-93; сыворотка молочная по ТУ 9229-110-04610209-02. Общий химический состав определялся стандартными методами, аминокислотный состав белков - с помощью инфракрасного сканера 1Ш-4250 (Россия), сумма каротиноидов - спектрофотометрическим методом, энергетическая ценность - с помощью коэффициентов Рубнера. Полученные экспериментальные данные обрабатывали методом математической статистики на ПЭВМ с пакетами прикладных программ «МюгоБоЛЕхсе!», «31айз11ка 6.0».
Результаты исследований и их обсуждение. Было установлено, что соя и соевые продукты содержат практически все пищевые нутриенты, необходимые человеческому организму, а также такие натуральные компоненты, которые обеспечивают сохраняемость продуктов и защищают их от порчи в течение определенного времени. В таблице 1 приведен общий химический состав семян сои сорта «Лазурная».
Таблица 1
Общий химический состав и энергетическая ценность соевого сырья, % (X± т;т < 0,05)
Показатель Вода Белки Липиды Углеводы Минеральные вещества Энергетическая ценность, ккал/100 г
Сорт сои «Лазурная» (перспективный) 12,0 39,3 17,5 25,2 6,0 418,5
В таблице 2 приведен аминокислотный состав перспективного сорта сои «Лазурная» селекции ВНИИ сои.
Таблица 2
Содержание незаменимых аминокислот в семенах сои перспективного сорта «Лазурная» селекции
ВНИИ сои
Шкала ФАО/ВОЗ, Сорт сои
Незаменимые аминокислоты (НАК) г/100 г белка «Лазурная»
А С А С
Лизин 5,5 100 7,1 129
Лейцин 7,2 100 11,9 165
Изолейцин 4,3 100 4,7 109
Валин 4,4 100 7,2 163
Треонин 3,3 100 3,8 115
Фенилаланин+тирозин 7,9 100 8,3 105
Триптофан 1,1 100 1,1 100
Метионин+цистин 2,3 100 3,1 134
£НАК 36,0 100 47,2 131,1
Примечание. А - содержание аминокислоты мг/100 г; С - аминокислотный скор, %.
Таким образом, в качестве растительного сырья наиболее подходящим для создания мясорастительного фарша является соевое сырье, модифицированное таким способом, который позволял бы иметь белковый продукт с желательным (прогнозируемым) содержанием белков, жиров, углеводов, минеральных веществ, витаминов и других биологически активных веществ. При этом он должен иметь окраску по цвету, сочетающуюся с мясным сырьем.
В настоящее время при производстве структурированного соевого белка из соевой белковой основы (типа «тофу») коагуляцию белка в основном осуществляют с помощью хлористого кальция (СаСЬ), а также уксусной и других кислот, что приводит к потерям ценной соевой сыворотки. При этом, по данным В.В. Суханова, СаС12 обладает токсикологическим эффектом [1].
В связи с этим фактом в качестве структурообразователя при осуществлении процесса коагуляции соевого белка нами принято использование раствора томатной пасты в молочной сыворотке [2].
Характеристика общего химического состава и энергетическая ценность соевой белковой дисперсной системы, томатной пасты, молочной сыворотки, а также раствора томатной пасты в молочной сыворотке, приведены в табл. 3.
Анализ данных, представленных в табл. 3, показывает, что полученный раствор томатной пасты с содержанием 15 % сухих веществ, 1,8 % органических кислот в совокупности с р-каротином, ликопином и витамином С представляет собой биологически активный комплекс пищевых нутриентов [3].
Таблица 3
Содержание пищевых нутриентов и энергетическая ценность в молочном, растительном и комбинированном компонентах (X± т;т < 0,05)*
Продукт СО 1^ О СП Ю~ со X СИ 1.0 Липиды, % Углеводы, % Минеральные вещества, % Органические кислоты в пересчете на яблочную, % р-каротин, мг/100 г Витамин С, мг/100 г Энергетическая ценность, ккал/100 г
Соевая белковая дисперсная система 87,5 3,8 2,2 4,2 2,3 - - 5,5 51,0
Молочная сыворотка 93,4 0,8 0,3 3,7 0,6 1,2 - - 27,3
Томатная паста 70,0 4,8 - 20,0 2,6 2,5 2,0 45,0 109,2
Раствор томатной пасты в молочной сыворотке 85,0 2,8 0,1 12,0 1,6 1,8 1,0 25,0 67,3
* По данным [4].
При этом температура коагуляции составляет 55-600С, которая обеспечивает необходимую тепловую обработку получаемого продукта, путем его так называемой длительной пастеризации. Таким образом, оптимальными параметрами получения белково-ликопинового коагулята являются 1=10-12 мин, 1°=55-60°С, рН=4,45-4,5 ед. при содержании сухих веществ в растворе томатной пасты 12,5-15,0 %.
На рисунке 1 представлена технологическая схема получения окрашенного белково-ликопинового коагулята. В результате экспериментальных исследований данного процесса выделены наиболее значимые факторы, существенно влияющие на конечную влажность белково-ликопинового коагулята Ш.
Такими факторами являются начальная влажность белково-ликопинового коагулята - Ш,% (х 1); давление прессования - Р, МПа (х2); продолжительность отжима - 1п, мин (х3). Уровни и интервалы варьирования указанных факторов представлены в табл. 4.
Таблица4
Факторы и уровни их варьирования по установлению зависимости У1ЩХ1; х2; хз)^min
Фактор Фактор
Х1 (Шн, %) х 2 (Р, МПа) х3 (1п, мин)
Верхний уровень 80 1,5 30
Основной уровень 70 1,0 20
Нижний уровень 60 0,5 10
Интервал варьирования 10 0,5 10
Рис. 1. Технологическая схема получения окрашенного белково-ликопинового коагулята
Исследования проводились согласно стандартной матрице полного факторного эксперимента для 15 опытов. Матрица и результаты эксперимента представлены в табл. 5.
Таблица 5
Матрица и результаты полного факторного эксперимента по установлению зависимости У1=Цх 1; х 2; Х3)^^'т
Номер опыта х1 х 2 хз У1
1 2 3 4 5
1 -1 -1 +1 59,0
2 +1 -1 -1 64,0
3 -1 +1 -1 52,0
4 +1 +1 +1 53,0
5 -1 -1 -1 62,0
6 +1 -1 +1 59,0
Окончание табл. 5
1 2 3 4 5
7 -1 +1 +1 50,0
8 +1 +1 -1 ,0 со
9 -1,215 0 0 51,0
10 +1,215 0 0 60,0
11 0 -1,215 0 ,0 6
12 0 +1,215 0 49,0
13 0 0 -1,215 57,0
14 0 0 +1,215 49,0
15 0 0 0 50,0
После реализации эксперимента были проведены обработка результатов и построение математической модели процесса отжима влаги от окрашенного белково-ликопинового коагулята в виде уравнения регрессии. Результаты регрессионного анализа представлены в табл. 6.
Таблица 6
Регрессионный анализ зависимости У^Цх^ Х2; хз)^min
Коэффициент модели Шаг анализа
1 2 3 4
Э0 51,02100 51,02100 51,83300 51,83300
а1 2,36800 2,36800 2,36800 2,36800
а2 -3,90730 -3,90730 -3,90730 -3,90730
аз -2,62220 -2,62220 -2,62220 -2,62220
а12 1,37500 1,37500 1,37500 1,37500
а1з -1,12500 -1,12500 -1,12500 -
а2з -0,37500 - - -
ац 2,80700 2,80700 2,80700 2,80700
а22 2,80700 2,80700 2,80700 2,80700
азз 1,11350 1,11350 - -
Стандартное отклонение 22,400 23,525 28,933 39,058
Р-корреляция 0,97341 0,97205 0,96551 0,95315
Р-критерий 9,0291 11,429 12,034 11,347
После отсеивания статистически незначимых коэффициентов методом шагового анализа была получена следующая модель процесса отжима влаги от коагулята в кодированной форме:
у = 51,833 + 2,368 • Х1 — 3,907 • Х2 — 2,622 • х3 +1,375 • х^ • Х2 —1,125 • х^ • х3 + (1)
+ 2,807 • х2 + 2,807 • х^ ^ шт.
Адекватность модели (1) оценена по критерию Фишера (Рк>Рт) (табл. 7).
Таблица 7
К оценке адекватности математической модели У 1=f(x1,x2,xз)^■min
Критерий а0 а1 а2 а3 а12 а13 ац а 22 Заключение об адекватности
Рр Рт
Ї1 51,83 2,368 -3,91 -2,62 1,375 -1,13 2,807 2,807 12,03 3,79
Перейдя от кодированных значений факторов (х7; х2 ;хз) к натуральным (Ан; Р; Ц мы получили модель процесса отжима в следующем её виде:
= 38,93 -10,192 • Жн - 4,214 • Р +1,050 • Хп + 0,0458 • Жн • Р - 0,0187 • Жн • X„ +
К 7 7 И ' ' 71 ' И ' п 71
2 2 (2) + 0,0779• Жн + 0,112• Р2 ^шт.
Для определения оптимального сочетания факторов, при которых Wк^m^n, были заданы области их экстремальных значений (табл. 8).
Таблица 8
Области экстремальных значений зависимостей У 1=f(xъx2,xз)
Критерий Хі Х2 Хз У1
Уі - тіп -0,42 0,80 1,00 47,393
-0,40 0,80 1,00 47,393
-0,42 0,78 1,00 47,394
-0,42 0,82 1,00 47,394
-0,40 0,78 1,00 47,394
-0,44 0,80 1,00 47,394
-0,44 0,82 1,00 47,395
-0,40 0,82 1,00 47,395
-0,44 0,78 1,00 47,396
-0,38 0,78 1,00 47,396
В результате решения задачи определены оптимальные значения факторов: начальная влажность белково-ликопинового коагулята - Wн= 67,5 %; давление прессования - 0,5 МПа; продолжительность отжима - 30 мин. При указанных значениях факторов конечная влажность коагулята составляет не более 47,4 %.
Для анализа влияния указанных факторов на процесс отжима построены поверхности откликов -У1 = Цх-,, х2, Хз) и их сечения, которые представлены на рис. 2-7.
В результате проведенных исследований получены два продукта - соевый белково-ликопиновый коагулят (окрашенный в розовый цвет) и окрашенная в розовый цвет молочно-соевая сыворотка.
При этом сыворотка имела идеально прозрачный чистый розовый цвет при полном отсутствии взвешенных частиц в своей жидкой фазе. В таблице 9 представлен биохимический состав полученных продуктов.
Таблица 9
Биохимический и аминокислотный состав белково-ликопинового коагулята( X± т; т < 0,05)
Соде ржание основных нутриентов, %
Продукт Вода Белок Липиды Углеводы Клетчатка Минеральные вещества Аскорбиновая кислота, мг/100 г І о о о а/г ¥ ^
47,4 37,1 5,5 5,5 1,5 3,0 10,0 2,5
Содержание незаменимых аминокислот, мг/100 г
Окрашенный соевый белково-ликопиновый коагулят Валин н и е Изолейцин н и з и Л 1 1 ец + н ин § 1 ет е Треонин Триптофан
7,2 11,8 6,2 9,2 4,2 7,5 6,2 1,7
Анализ данных, представленных в табл. 9, показывает, что при влажности 47,4 % полученный белково-ликопиновый продукт имеет высокое содержание комплементарного белка, а также клетчатки, р-каротина и витамина С.
И 52 5
■ ь/:
□ к
□ к?*
□ с: □187$ 13 г:
Рис. 2. Поверхность отклика У-=Цх1, х2=0,8, хз)^min
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2
Рис. 3. Сечения поверхности отклика У-=((х-, х2=0,8, х з)^т'т
■ 525
■ :/ь
□ ес
□ 625 а 65 0167$
■ к:,*
Рис. 4. Поверхность отклика
У-=${х-, х2, хз=1,0)^тт
XI
-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 ' гл /ч Г1
XI Рис. 6 Поверхность отклика рис. 7. Сечения поверхности от-
Рис. 5. Сечения поверхности У 1=^(х1=-0,42, х2, хз)^тп клика У-=!(х-=~0,42, х2, хз)^тт
отклика У1=^хь х2, хз=1,0)^т'т
На рисунке 8 представлена технологическая схема приготовления бинарной мясо-растительной композиции для последующего получения мясо-растительного фарша заданного состава и свойств.
Рис. 8. Технологическая схема получения мясо-растительного фарша и продуктов на его основе
С целью получения бинарной мясо-растительной композиции подготовленные продукты в необходимом соотношении дозировались, смешивались и на их основе готовился мясной фарш с соево-ликопиновым компонентом.
В дальнейших исследованиях определены структурно-реологические характеристики полученных мясо-растительных фаршевых композиций, которые представлены в табл. 10.
Замена мясного сырья на растительное в количестве более 50 % приводит к тому, что образцы имеют рыхлую консистенцию, а прочностные характеристики снижаются.
В этой связи уровни варьирования такого фактора, как массовая доля растительного компонента, в дальнейших исследованиях были выбраны в интервале 10-50 %.
Таблица 10
Структурно-реологические характеристики и показатели фаршевых мясо-растительных композиций
Показатель Структурно-механические характеристики модельных образцов
Контрольный (фарш мясной) Фарш на основе сердца Фарш на основе печени
10 %рк* 30 %рк* 50 %рк* 10 %рк* 30 %рк* 50 %рк*
Предельное напряжение сдвига, Па 18,23±0,9 17,4±1,2 15,8±1,3 9,3±0,7 16,6±1,1 14,2±1,3 11,4±0,7
Вязкость пластическая, Пас 30,0±0,5 24,2±0,7 25,6±0,9 24,4±0,5 29,1 ±0,9 26,5±1,2 25,4±1,1
Липкость, £х103 Па 3,12±0,1 2,2±0,09 2,1 ±0,07 1,9±0,05 2,6±0,13 2,3±0,1 2,1 ±0,1
*рк - растительный компонент (белково-ликопиновый коагулят).
Выводы. Все вышеизложенное позволяет сделать выводы о том, что предложенный способ структурирования и окраски белка, а также взаимного обогащения нутриентов, является рациональным и отвечает требованиям, предъявляемым к продуктам питания поликомпонентного состава, адекватным потребностям организма.
Литература
1. Суханов В.В., Петулько С.Н., Болонова Л.Н. Токсикологическая оценка хлорида кальция и содержащих его продуктов // Гигиена труда и профзаболеваний. - 1990. - № 5. - С. 51-52.
2. Патент №2403807. Российская Федерация. Способ приготовления соевых белковых продуктов / С.М. Доценко [и др.]; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИИ сои РАСХН. Опубл. 10.11.2010 г.
3. Шабров А.В., Дадали В.А., Макаров В.Г. Биохимические основы действия микрокомпонентов пищи. -М., 2003. - 186 с.
4. Химический состав российских пищевых продуктов: справочник /под ред. И.М. Скурихина, В.А. Ту-тельяна. - М.: ДеЛипринт, 2002. - 23б с.
