CC BY
132
0
ТЕХНОЛОГИИ / Переработка побочных продуктов
Экстрактивные вещества
сухих бульонов из вторичного животного сырья
М. И. Бабурина, канд. биол. наук, А. Н. Иванкин, доктор хим. наук, Н. Л. Вострикова, канд. техн. наук, А. В. Куликовский, К. Г. Таранова,
ГНУ ВНИИ мясной промышленности им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии
В процессе переработки животного сырья значительную роль играют вторичные продукты богатые белками, жирами, минеральными солями, витаминами, углеводами и другими полезными веществами [1-4]. В результате переработки скота получают мясную массу и мясокостный остаток (МКО), который используют для выработки сухих кормов. При этом белковая коллагеновая часть МКО для пищевых целей практически не используется [5-7].
^ В то же время МКО, образующийся после механической обвалки, содержит большое количество полезных веществ и может служить потенциальным сырьем для получения пищевой продукции [2, 4, 7-10].
Значительное количество МКО, образующееся ежегодно на мясоперерабатывающих предприятиях РФ в количестве более 400 тыс. т, можно переработать на пищевые бульоны высокой биологической ценности. Бульоны являются дополнительным источником легкодоступных животных белков, липидов, углеводов и могут быть предназначены для ликвидации их дефицита и улучшения обмена веществ в организме человека. Бульоны облегчают течение простудных заболеваний, кроме того, они способствуют снижению вязкости крови, тем самым препят-ствуят образованию тромбов [2, 6, 11].
Эффективным способом переработки МКО в бульоны является водно-тепловая обработка, концентрирование ультрафильтрацией с последующей сушкой влажных продуктов. Поэтому целью работы был поиск эффективного способа получения сухих бульонов из МКО, упрощение и удешевление процесса получения бульонов с одновре-
менным улучшением их качества и повышением биологической ценности.
Опытные образцы бульонов получали водно-тепловой обработкой свиного и говяжьего МКО. Процесс экстрагирования основных питательных веществ из свиного и говяжьего МКО проводили при гидромодуле 1:1,5 при температуре 95-98 °С в течение 4 часов. Для увеличения экстрагирования, свиной МКО предварительно обезжиривали путем запекания в жароч-ном шкафу при температуре 180°С в течение 30 мин. Вытопившийся жир составлял до 20% от массы сырья. В процессе водно-тепловой обработки пену и жир периодически удаляли.
Химический состав МКО и образцов бульонов, содержание и состав белков, липидов, общих углеводов определяли стандартными методами [12]. Фракционный состав белковых веществ определяли электрофорезом в 12% полиакриламидном геле. Аминокислотный состав изучали методом ионно-обменной хроматографии на анализаторе фирмы Eppendorf-Biotronik LC3000 (Германия) [12]. Анализ летучих компонентов, холестерина и ароматических углеводородов проводили с использованием хроматографа 7890А с
УДК 637.5.004.8:664.871.335.4
Ключевые слова: бульон, мясо-костное сырье, белки, жиры, углеводы, амино- и жирные кислоты, полиароматические углеводороды, холестерин.
масс-селективным детектором 5975C VLMSD Agilent Technologies (USA). Изучение состава свободных углеводов проводили с использованием BioLC хроматографической системы, включающей градиентный насос GS50, электрохимический детектор ED50, генератор элюента EG50 10mM NaOH и колонку CarboPac PA20 производства Dionex, Германия.
Процесс концентрирования бульонов осуществляли на поли-эфирсульфоновых мембранах Vivarlow 200 с отсекаемыми молекулярными массами (NMWL) 5кДа при 2,5 атм.
Процесс извлечения ценных компонентов из животного сырья протекает во времени. Зависимости содержания сухих веществ в бульонах от продолжительности водно-тепловой обработки, а также некоторых летучих компонентов представлены на рис. 1.
Из данных рис. 1 следует, что содержание сухих веществ в бульонах возрастает с увеличением продолжительности процесса. При этом, содержание сухих веществ в бульоне из говяжьего MKO выше на 0,5-1% по сравнению с бульоном из свиного MKO.
Химический состав исходного свиного и говяжьего MKO характеризовался следующими
Переработка побочных продуктов / ТЕХНОЛОГИИ
0
показателями, %: белок 20,025,0; жир 9,8-11,0; углеводы 1,3-3,0; зола 28,0-31,0; влага 35,0-39,0. Полученные жидкие бульоны содержали до 4% сухого остатка, 80-90% которого составляли белки, 2,5-3,5% - свободные углеводы, 2,5-3,0% - зола.
Полный аминокислотный состав белка свиного и говяжьего МКО может быть представлен соответственно (г/100 г белка): Иле 3,03 и 1,85; Лей 5,64 и 4,20; Лиз 6,48 и 4,28; Мет 0,43 и 0,30; Цис 0,11 и 0,11; Фен
3.20 и 2,60; Тир 2,25 и 1,30; Тре
3.21 и 2,40; Трп 1,14 и 2,0; Вал 3,84 и 3,70; Ала 6,08 и 7,90; Арг 6,61 и 6,66; Асп 7,28 и 6,52; Гис 3,10 и 2,57; Гли 9,47 и 15,81; Глу 13,08 и 10,44; Про 6,28 и 9,63; Сер 3,27 и 3,21. Отношение заменимых аминокислот (Е) к общему количеству содержащихся в белке аминокислот (Т) составляло 31,1 и 24,8%. Содержание свободных аминокислот в количестве 1,1-1,2% от суммы общих аминокислот было соответственно (мг/100 г сырья): Тау 14,9 и 13,5; Асп 11,2 и 10,3; Тре 14,0 и 13,7; Сер 16,5 и 16,1; Глу 2,4 и 2,2; Про 6,9 и 6,7; Гли 12,0 и 11,0; Ала 52,1 и 53,4; Цис 2,3 и 2,4; Вал 17,9 и 17,7; Мет 6,3 и 6,2; Иле 13,7 и 13,3; Лей 27,9 и 26,1; Тир 12,8 и 12,5; Фен 14,9 и 11,5; Гис 5,2 и 4,7; Лиз 19,5 и 18,7; Арг 11,7 и 10,3. Аминокислотный состав белка после 4 часов обработки мало отличался от исходного, содержание свободных аминокислот, влияющих на вкусоаромати-ческую гамму бульона, составляло около 1,5% от суммы всех аминокислот белка.
Жирнокислотный состав ли-пидов свиного и говяжьего МКО был соответственно (% от суммы липидов): С4 ■ 0 0,08 и 0,06; С6 • 0 0,1 и 0,07; Сз • 0 0,2 и 0,1; С10 • 0 0,14 и 0,1; С12 • 0 0,2 и 0,9; С14 • 0 1,9 и 3,2; С15 • 0 0,06 и 0,1; С16 • 0 25,1 и 25,4; С17 • 0 0,27 и 0,5; С18 • 0 13,9 и 15,3; С19 • 0 1,0 и 0,8; С20 • 0 0,3 и 0,2; С22 • 0 0,55 и 0,3; С14 • 1 0,08 и 0,3; С15 : 10,3 и 0,1; С16 • 12,44 и 2,9; С17 : 1 1,2 и 1,1; С18 : 1 п9с 34,8 и 32,7; С18:1 n9t 2,7 и 3,2; С20 : 1 0,7 и 0,5; С22 : 1 п9 0,8 и 0,4; С18 : 2 п6с 7,8 и 3,8; С18 : 3 п6 1,3 и 0,6; С18 : 3
Рисунок 1. Накопление сухих веществ (СВ) в бульонах из говяжьего (1) и свиного МКО (2), содержание холестерина (ХС - 3), и летучих ароматизирующих веществ (АВ, спирты, эфиры, ненасыщенные углеводы - 4) в процессе водно-тепловой обработки
п3 0,5 и 0,3; С20 : 2 0,2 и 0,1; С20 : 3 п6 0,4 и 0,2; С20 : 4 п6 1,2 и 1,6; С22:2 0,4 и 0,2; С22:6 п3 0,2 и 0,1. При этом массовая доля свободных жирных кислот в липидной части исходного сырья была на уровне 1,3 - 1,9%. В их составе доля низких С4-С10 жирных кислот, существенно влияющих на вкус получаемого продукта, была около 0,3-0,5% от суммы жирных кислот и снижалась после 4 часов водно-тепловой обработки до 0,1%.
Белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины и продукты их деструкции, образующиеся в процессе водно-тепловой обработки, участвуют в формировании комплекса веществ, обуславливающих аромат и вкус бульонов. В процессе водно-тепловой обработки формируются комплексные смеси веществ, в составе которых обнаруживаются сложные и простые алифатические спирты, сложные эфиры высших жирных кислот, карбонильные соединения, пи-ридины, аминокислоты, жирные кислоты [9-11].
На протяжении 4 часов водно-тепловой обработки свиного и говяжьего МКО в бульоне происходило постепенное изменение соотношения содержания сложных эфиров жирных кислот, спиртов и предельных и
непредельных углеводородов. Установлено, что содержание сложных эфиров жирных кислот максимально в начале процесса варки (0,5-1 ч), количество предельных углеводородов интенсивно нарастало после 2 часов водно-тепловой обработки, суммарное содержание летучих компонентов, в том числе холестерина в процессе обработки уменьшалось (рис. 1).
Рисунок 2. Электрофоретическое разделение белковых фракций бульона из говяжьего и свиного МКО до (1, 2) и после (3, 4) ультрафильтрации
№ 2 апрель 2013 ВСЁ О МЯСЕ
19
0
ТЕХНОЛОГИИ / Переработка побочных продуктов
При водно-тепловой экстракции наиболее ценными веществами, поступающими в жидкую фазу, являются белки. Поскольку жидкий бульон представляет собой сильно разбавленную водную систему, для ее концентрирования использовали метод ультрафильтрации на полупроницаемых мембранах.
Процесс ультрафильтрации, проводившийся в течение 2 ч, позволял сконцентрировать объем жидкого бульона более чем в 4 раза.
На рис. 2 представлены результаты оценки фракционного состава основного компонента бульона - белков. Процесс концентрирования приводил к уменьшению объема жидкой фазы и некоторым изменениям во фракционном составе белков в бульонах (табл.1).
Суммарный аминокислотный состав белка в бульоне из свиного МКО может быть записан (г/100 г белка): Иле 3,11; Лей 5,41; Лиз 5,22; Мет 0,3; Цис 0,1; Фен 3,3; Тир 1,84; Тре 3,66; Трп 2,21; Вал 3,69; Ала 8,11; Арг 6,72; Асп 7,34; Гис 3,14; Гли 16,12; Глу 13,22; Про 8,24; Сер 3,37. Суммарный состав фракции свободных аминокислот, переходящих в водную фазу после 4 ч водно-тепловой обработки свиного МКО коррелировал с исходным составом свободных аминокислот в сырье (мг/100 г исходного мясного сырья): Асп 11,6; Тре 15,02; Сер 16,75; Глу 2,51; Про 7,34; Гли 13,4; Ала 50,6; Цис 1,6; Вал 17,4; Мет 5,5; Иле 16,3; Лей 28,1; Тир 14,4; Фен 15,8; Гис 6,7; Лиз 20,5; Арг 11,1.
Фракция свободных аминокислот участвует в формировании вкусовых характеристик продукта.
Таким образом, исходя из полученных данных, можно придти к выводу, что в результате концентрирования основной фракционный состав животных белков существенно не изменялся, а сокращение технического объема делает последующую сушку экономически более рентабельной.
В полученных продуктах в виде свободных углеводов содер-
Таблица 1. Молекулярно-массовое распределение фракций белка, экстрагируемых из говяжьего МКО, в зависимости от длительности водно-тепловой обработки при 95°С
Молекулярная масса Содержание, %
фракции, кДа 0 ч 1 ч 2 ч 4 ч 6 ч
>200 2.9 3 3.2 4.4 5.9
170-200 16 15.3 15 14.8 14.6
100-170 13.5 12.8 12.7 12.9 12.4
40-100 34.1 36.1 33.7 30.9 29.9
20-40 23.3 25.6 26.1 26.5 27.3
окт -20 10.2 7.2 9.3 10.5 9.9
I 100 100 100 100 100
Таблица 2. Молекулярно-массовое распределение белковых фракций концентрирован-
ного жидкого бульона из свиного МКО
Молекуляр ная масса фрак- Бульон после 4 ч обра- Бульон после концентрирова-
ции, кДа ботки ния
>200 4.5 4.6
170-200 14.7 14.8
100-170 12.9 12.7
40-100 30.9 33.9
20-40 26.4 28.5
окт-20 10.6 5.5
I 100 100
Таблица 3. Изменение состава свободной углеводной фракции (мг %>]
Углевод Говяжий Свининой МКО Бульон из говяжьего Бульон из св и н о го Концентрат бульона из говяжьего МКО Концентрат бульона из говяжьего МКО
МКО МКО М КО
Ara 0.16 0.10 0.12 0.12 0.07 0.08
Gal 0.05 0.05 0.05 0.11 0.04 0.06
Glc 0.20 0.25 15.10 14.20 13.20 12.50
Xyl + Man 0.13 0.10 0.75 0.63 0.51 0.47
Fru+Sach 0.06 - 0.27 0.28 0.17 0.16
Rib 6.30 7.50 - - - -
Lac 0.15 - 0.03 0.03 0.02 0.02
I , мг % 7.05 8.00 16.32 15.37 14.01 13.29
жалось некоторое количество минорных Сахаров, в частности ара-бинозы (Ara), галактозы (Gal), глюкозы (Glc), ксилозы (Xyl), маннозы (Man), фруктозы (Fru), сахарозы (Sach), рибозы (Rib) и лактозы (Lac), данные табл. 3.
Определенный интерес пред-
ставляет вопрос попадания в конечный продукт при водно-тепловой обработке мясного сырья некоторых химических веществ. К таким веществам, прежде всего, следует отнести холестерин и его производные. Как видно из данных рис. 1, в процессе обработки
Переработка побочных продуктов / ТЕХНОЛОГИИ
iЕР
содержание холестерина по отношению к полезному белку снижается в несколько раз, как для говяжьего, так и для свиного сырья. Причем для свиного МКО эта тенденция более выражена, поскольку сырье с большим содержанием жира содержит больше холестерина. Водно-тепловая обработка мясного сырья приводит к получению бульонов с пониженным содержанием холестерина.
Другой группой веществ, отсутствие представителей которой в питании, в последнее время все больше отслеживается, являются полиароматические углеводороды (ПАУ), которые превращаются в проблему в случае дальнейшего копчения [13]. Установлено, что в использованном сырье содержание ПАУ, при разрешенном ПДК для бенз[а]пирена в 1 мг/кг продукта, составляло для свиного МКО (мкг/кг): бенз[а]антрацена 0,18; хризена 0,14; бенз[Ь]флуорантена, ди-бенз[а,е]пирена и бенз[к]флуо-рантена по 0,03; бенз[а]пирена 0,11; бенз^^Д]перилена 0,37; инден[1,2,3-сd]пирена 0,07. Остальные ПАУ из списка ФАО/ВОЗ (бенз[]]флуорантен, дибенз [а,h]пирен, дибенз [ а^]ант-рацен, дибенз[a,i]пирен, ди-бензо[а,1]пирен, 5-метилхризен, циклопента[c,d]пирен) в использованном сырье обнаружены не были. В конечном продукте, полученном водно-тепловой обработкой, ПАУ практически не обнаруживались.
Бульоны из свиного и говяжьего МКО после водно-тепловой обработки и концентрирования ультрафильтрацией высушивали сублимационным методом до остаточной влажности 4%. Продолжительность сушки составляла 8 ч для сконцентрированных продуктов и более 1 4 ч для исходных систем. В результате проведенных исследований были получены образцы сухих бульонов, общий химический состав которых представлен в табл. 4.
Полученные высушенные продукты содержали не менее 85% белка, включающего прак-
Таблица 4. Химический состав сухих образцов бульонов
Массовая доля, %
Наименование
Влага Белок Жир Зола
Бульон из свиного МКО 3.6 89.1 4.5 2.5
Бульон из говяжьего МКО 3.8 89.6 3.4 2.7
Бульонный кубик Galina Blanca 3 18.8 8 58
Контакты:
Марина Ивановна Бабурина [email protected] +7(495)676-7051 Андрей Николаевич Иванкин [email protected] +7(495)676-9891
Наталья Леонидовна Вострикова
Андрей Владимирович Куликовский
+7(495)676-9971
Ксения Геннадиевна Таранова
тически все незаменимые аминокислоты, рН 10% раствора бульона 6,0-6,2.
Сухие бульоны обладают высокой растворимостью (не менее 98%), хорошим вкусом и ароматом, энергетическая ценность составляет 347-352 ккал. Бульоны характеризуются более низким содержанием жира и более высоким количеством белка по сравнению, в частности, с представленным на рынке импортными образцами бульонных кубиков Galina Blanca.
Таким образом, целенаправленная водно-тепловая обработка вторичного животного сырья позволяет получать продукты с высокой биологической ценностью, которые могут быть использованы для производства быстрого питания.
Литература
1.Иванкин А.Н. Жиры в составе современных мясных продуктов // Мясная индустрия. - 2007. - № 6. - С. 8-15.
2. Устинова А.В., Дыдыкин А.С., Попова А.П., Сурнин Е.В. Комплексные биологические добавки для профилактики остеопороза // Все о мясе. - 2011. - № 5. - С. 26 - 28.
3. Крылова В.Б., Густова Т.В., Горошко Г.П., Эдер А.В. Трансформация белков, жиров и полисахаридов мясо-растительных консервов в полимерной таре // Мясная индустрия. - 2008. - № 8. - С. 57-61.
4. Raitio R., Orlien V., Skibsted L.H. Storage stability of cauliflower soup powder: The effect of lipid oxidation and protein degradation reactions // Food Chemistry. - 2011. -V.128. - № 2. P. 371-379.
5. Крылова В.Б., Густова Т.В., Манджиева Н.Н. Использование нетрадиционного животного сырья в технологии мясных и мясорастительных консервов // Мясная индустрия. - 2010. - № 11. - С. 20-23.
6. Neklyudov A.D., Ivankin A.N., Berdutina A.V. Properties and uses of protein hydrolysates // Applied Biochemistry and Microbiology. - 2000. - V. 36. - № 5. - P. 452-459.
7 .Nekliudov A.D., Ivankin A.N., Berdutina A.V. Preparation and purification of protein hydrolysates //Applied Biochemistry and Microbiology. 2000. - V. 36. - № 4. - P. 371-379.
8. Holland S.K., Blake C.C.F. Proteins, exons and molecular evolution // Biosystems. - 1987. - V.20. - №2. - P. 181- 206.
9. Neklyudov A.D., Ivankin A.N. Biochemical processing of fats and oils as a means of obtaining lipid products with improved biological and physicochemical properties: a review//Applied Biochemistry and Microbiology. - 2002. - V. 38. - № 5. - P. 399-409.
10. Mitchell M., Brunton N.P., Wilkinson M.G. Impact of salt reduction on the instrumental and sensory flavor profile of vegetable soup//Food Research International. 2011. - V. 44. - № 4. - P. 1036-1043.
11. Ratio R., Orlien V., Skibsted L.F. Free radical interactions between raw materials in drysoup powder // Food Chemistry. - 2011. - V. 129. - №3. - P. 951-956.
12. Лисицын А.Б., Иванкин А.Н., Неклюдов А.Д. Методы практической биотехнологии. -М.: ВНИИМП, 2002. -420 с.
13. Розанцев, Э.Г., Дмитриев M.A., Бершова Т.М. Денатурализация пищевых продуктов // Пищевая промышленность. - 2005.- № 9. - С. 90-91.
№ 2 апрель 2013 ВСЁ 0 МЯСЕ
21
