CC BY
91
Функционально-технологические
и диетические свойства нерастворимых пищевых волокон
УСТИНОВА А. В., докт. техн. наук, БЕЛЯКИНА Н. Е., канд. техн. наук, СУРНИНА А. И. ВНИИ мясной промышленности ПРЯНИШНИКОВ В. В., канд. техн. наук
Могунция-Итеррус
ИЛЬТЯКОВ А. В.
Мясокомбинат «Велес»
Включение пищевых волокон в состав мясных продуктов, прежде всего, позволяет снизить их калорийность и обогатить диетическими волокнами.
Пищевые волокна (ПВ), которые находят все более широкое применение в пищевой промышленности, представляют собой сложный комплекс биополимеров линейной и разветвленной структуры с большой молекулярной массой. Присутствие гидроксильных (целлюлоза, гемицеллюлоза), фенольных (лигнин) и карбоксильных групп (гемицеллюлоза, пектиновые вещества) обусловливает их способность сорбировать воду и другие полярные молекулы и ионы. Поэтому для ПВ характерны высокий уровень связывания влаги и жира, ионообменные и другие свойства, определяющие их функционально-технологические и диетические качества.
Согласно данным эпидемиологических исследований, проводимых Институтом питания РАМН, дефицит рационов питания населения России по пищевым волокнам (ПВ) достигает 60 % и, как известно, является одной из основных причин все более широкого распространения так называемых «болезней цивилизации»: атеросклероза, гипертонической болезни, ожирения, диабета, варикозной болезни, синдрома раздраженной толстой кишки и т.д.
Источниками получения ПВ, как правило, являются недорогие вторичные продукты переработки сырья сельского хозяйства и пищевой промышленности, что делает их применение одновременно экономически целесообразным.
ПВ обладают рядом важных функционально-технологических свойств (ФТС), способствующих повышению качества готовой продукции в результате улучшения консистенции и сочности готового продукта, уменьшения потерь массы при жаренье на 30.. .40 %, предотвращения образования крупных кристаллов льда при замораживании. Они также обеспечивают стабильность технологического процесса благодаря улучшению процессов формирования и фасования, исключая скопление жира на стенках оборудования. Положительным
фактором является улучшение экономических показателей производства из-за снижения расхода мясного сырья благодаря высокой влагосвязывающей способности ПВ.
На организм человека нерастворимые ПВ действуют двумя путями: сорбционным и механическим. В желудочно-кишечном тракте они сорбируют на своей поверхности и выводят из организма тяжелые металлы, свободные радикалы, микробные токсины и продукты распада. Также они связывают в желудке излишек желудочного сока и соляной кислоты, в кишечнике - желчные кислоты, билирубин, холестерин, снижая тем самым агрессивность желудочного сока и желчи. В тонком кишечнике ПВ очищают механическим путем его слизистую оболочку, что ведет к улучшению пристеночного пищеварения и всасывающей функции кишечника. Микрофлора кишечника, используя ПВ, синтезирует витамины группы В, а также РР и К.
При разработке технологий продуктов функционального назначения с использованием в рецептуре ПВ необходимо обеспечить хорошие органолептиче-ские показатели и диетические свойства, связанные, прежде всего с выведением из организма токсичных веществ.
В качестве объектов исследования использовали наиболее распространенные препараты ПВ, применяемые в производстве мясных продуктов. Это препарат нерастворимых пшеничных волокон «Витацель» фирмы Moguntia, микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ) фирмы «Анкир» ОАО «Полиэкс», соевая клетчатка (Китай), осветленные свекловичные волокна, разработанные Северо-Кавказским НИИ сахарной свеклы и сахара. Характеристика препаратов приведена в табл.1.
Наличие определенного сродства функциональных характеристик, например водосвязывающей (ВСС) и жиросвязывающей способности (ЖСС) мясных компонентов и ПВ позволяет при получении комбинированных мясных изделий максимально приблизить их структурно-механические (СМС) и органолепти-ческие свойства, а также другие качественные показатели к традиционным продуктам, не содержащим пищевые добавки [1].
Так как полуфабрикаты и другие мясные изделия перед употреблением в пищу подвергают тепловой обработке, показатели ВСС и ЖСС определяли до и после нее. С этой целью
гидратированные ПВ нагревали на водяной бане до температуры 85 оС и выдерживали при этой тем-
Табл. 1. Характеристика препаратов пищевых волокон
Общее содержание ПВ, % Состав балластных веществ, % Содержание в препарате ПВ, %
Препарат ПВ целлюлоза гемицеллюлоза (ГМЦ) лигнин пектин-целлюлозный комплекс влаги золы белка
Пшеничная клетчатка 88,60 74,00 26,0 <0,5 - 8,0 3,00 0,4
МКЦ 94,84 94,84 - - - 5,0 0,16 -
Соевая клетчатка 62,00 62,00 - - - 8,0 2,00 28,0
Свекловичные волокна 77,00 25,00 - 8,0 44,0 12,0 2,00 9,0
пературе в течение 15 мин.
ВСС и ЖСС препаратов ПВ определяли методом центрифугирования; рН в 10 %-ной водной вытяжке - потенциометрическим методом; пластичность фарша - методом прессования навески образца; динамическую вязкость фарша - на ротационном вискозиметре «Reotest»; напряжение среза - с помощью прибора «Instron 1140».
Адсорбционные свойства нерастворимых ПВ относительно тяжелых металлов (свинец, кадмий) определяли инверсионно-вольтамперометрическим (ИВ) методом, по изменению массовых концентраций тяжелых металлов.
Результаты исследования ФТС препаратов ПВ (препарат пшеничных волокон - образец 1; МКЦ - образец 2; соевая клетчатка - образец 3; осветленные свекловичные волокна - образец 4) представлены на рис. 1 и 2.
Из полученных данных следует, что максимальной ВСС и ЖСС обладает препарат «Витацель» (образец 1). После тепловой обработки способность связывать влагу возрастает во всех образцах, причем больше в образце 1. ЖСС после тепловой обработки у препарата «Витацель» возрастает на 0,57 г жира/г, у остальных препаратов наблюдается ее снижение. Самыми низкими значениями по всем показателям обладает МКЦ (образец 2). По уровню ВСС соевая клетчатка и свекловичные волокна (образцы 3 и 4) показали средние значения, а по показателям ЖСС незначительно превысили образец МКЦ.
Препарат пшеничной клетчатки включает в себя гемицеллюлозу, которая обладает более высокой
ВСС, чем целлюлоза, так как содержит в звеньях своей полимерной цепи полярные группы [2].
Относительно высокая ВСС препарата свекловичных волокон, по-видимому, связана с наличием в его составе пектин-целлюлозного комплекса.
Некоторые исследователи наличие ЖСС у ПВ связывают с лигнином. Однако, несмотря на небольшое его содержание в образце 1 и на заметно большее в образце 4, первый обладает самой высокой ЖСС. Это дает основание предположить, что величина ЖСС связана со строением и размерами самих волокон и силами поверхностного натяжения в капиллярно-пористых системах.
Для изучения влияния препаратов ПВ на качественные характеристики мясных рубленых полуфабрикатов был выбран мясной фарш на основе рецептуры бифштексов по ОСТ 49121, использованного в качестве контроля. Для составления модельных систем в мясной фарш вносили исследуемые препараты после предварительной гидратации взамен 2 % говядины (табл.2).
При использовании функциональных добавок в мясных продуктах очень важна величина рН. Из данных, представленных на рис.3, следует, что значения рН 10 %-ной водной вытяжки образцов препаратов 1, 2 и 3 близки к нейтральным, и введение препаратов пшеничной клетчатки, МКЦ и соевой клетчатки в мясной фарш приводит к увеличению рН модельных мясных систем. Свекловичные волокна (образец 4) имеют значение рН 3,79, что отрицательно влияет как на ФТС фарша, так и на органолептические характеристики готового продукта.
Табл. 2. Рецептуры образцов полуфабрикатов
Содержание, ( %) в образце
Ингредиент контрольном опытном
1 2 3 4
Котлетное говяжье мясо 80 78 78 78 78
Колбасный несоленый шпик 12 12 12 12 12
Препарат пшеничных волокон «Витацель» - 2 - - -
МКЦ - - 2 - -
Соевая клетчатка - - - 2 -
Свекловичные волокна - - - - 2
Перец черный молотый 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04
Соль поваренная 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2
Вода: питьевая 6,76 6,76 6,76 6,76 6,76
на гидратацию - 12 3 9 7
Итого 100 112 103 109 107
Результаты исследований влияния ПВ на структурно-механические свойства (СМС), выполненные на модельных мясных системах, приведены на рис.4 и 5.
Используемые на предприятиях фаршемешалки и фаршеприготовительные агрегаты имеют среднюю
скорость вращения лопастей 0,5 оборотов в сек [3]. В связи с этим, показатели динамической вязкости исследуемых образцов сравнивали в точке, соответствующей данной скорости вращения ротора вискозиметра.
Введение гидратированных препаратов пшеничной клетчатки и МКЦ повышает вязкость мясного фарша, а соевой клетчатки и свекловичных волокон, напротив, снижает ее.
Значительное уменьшение вязкости вызывает добавляемая к фаршу вода. Это объясняется утолщением существующих прослоек и образованием новых при разрушении крупных частиц мяса или жира. Повышение вязкости фарша с помощью пшеничной клетчатки и МКЦ обусловлено высоким содержанием в них целлюлозы. При этом вязкость зависит также от температуры и не является для структурированных систем исчерпывающей характеристикой. Эти системы характеризуются комплексом механических свойств, в частности, наиболее значимым для фарша рубленых полуфабрикатов свойством является пластичность.
Фарши с препаратами ПВ имеют более низкую пластичность, чем в контроле. Среди них наибольшей пластичностью обладает фарш, содержащий препарат МКЦ, наименьшей - свекловичные волокна. Мясной фарш с препаратами соевой и пшеничной клетчатки имели приблизительно одинаковые значения пластичности.
Данные влияния препаратов ПВ на предельное напряжение среза (ПНС) готовых бифштексов представлены на рис. 6. Они свидетельствуют о незначительном влиянии исследуемых образцов ПВ на показатели ПНС, которые характеризуют жесткость готовых продуктов. Так, введение соевой клетчатки делает продукт более мягким, свекловичных волокон - наоборот, более жестким.
Данные потерь массы при тепловой обработке, представленные в табл. 4 показывают, что введение в рецептуры мясных полуфабрикатов свекловичных волокон, пшеничной и соевой клетчатки позволяет снизить потери массы при тепловой обработке соответственно на 1,5; 4,0 и 5,5 % соответственно
i
4
Контроль
2 3
Образец
□ Препарат ПВ □ Фарш с препаратом ПВ
Рис.3 Влияние препаратов пищевых волокон на величину рН мясных фаршей
1000000
100000
0,1
1
10000
Логарифм градиента напряжения на срез, с-
10
Рис.4 Изменение показателя динамической вязкости в зависимости от градиента напряжения среза
12
а 10,42
~8Ж I I 887
|||1
" Контроль 1 2 3 4
Образец
Рис.5 Влияние препаратов ПВ на пластичность модельных мясных систем
2 10
и
Ч 8
о
£ 6 ^
h 4
7
6
5
2
1
0
по сравнению с контролем. Потери массы в образцах с МКЦ после тепловой обработки увеличиваются на 3 % по сравнению с контролем, что может быть связано с возможным пригоранием этих образцов при жаренье.
По общей органолептической оценке наивысший балл получил образец, содержащий препарат пшеничной клетчатки. Он не только сохранил традиционные органолептические характеристики, но и отличался наибольшей сочностью. Образец, содержащий препарат свекловичных волокон, имел самый низкий балл вследствие кисловатого привкуса и слабого, несвойственного мясным продуктам запаха, а также заметно бол ьшей жесткости. Образцы с МКЦ и соевой клетчаткой имеют средний балл по общей органолептической оценке. В них слегка ощущается присутствие препаратов.
Таким образом, различные виды ПВ отличаются по ФТС и по-разному влияют на СМС мясных рубленых полуфабрикатов. Это делает возможным моделирование состава используемых ПВ для получения продукта требуемой консистенции.
Полученные данные могут быть использованы при моделировании СМС полуфабрикатов в результате комбинирования разных видов ПВ для формирования оптимальных свойств готового продукта.
Результаты исследований сорбционной способности ПВ, выделенных из различных видов растительного сырья, показывают, что эта группа энтеросорбентов весьма эффективна и обладает как ионной, так и молекулярной сорбцией. Они способны связывать ионы свинца, кадмия и других тяжелых металлов, нитраты, нитриты, аммиак, радионуклиды (стронций, цезий) и ряд органических веществ, в том числе фенолы, формальдегид, карбамид и другие.
Из приведенных в табл. 3 и на рис.7 данных следует, что эффективность связывания тяжелых металлов самая высокая для препарата «Витацель» и снижается в ряду «Витацель»>соевая клетчатка> свекловичные волокна >МКЦ. Кроме того, исследуемые ПВ обладают селективностью по отношению к ионам свинца.
Для дальнейших исследований при повышенных концентрациях как наиболее эффективный был выбран препарат «Витацель». Данные по исследованию адсорбции ионов свинца и кадмия приведены в табл. 4.
На рис. 8 представлены уровни снижения концентрации тяжелых металлов в зависимости от исходной концентрации модельных растворов.
Приведенные данные свидетельствуют о снижении процента адсорбированных
Приведенные на рис. 8 данные свидетельствуют о снижении количества адсорбированных свинца и кадмия (эффективность связывания) с увеличением концентрации модельных растворов.
С повышением концентрации ионов свинца и кадмия их адсорбируемое количество увеличивается (рис.9). При повышении допустимых концентраций в 60 раз для свинца и в 400 раз для кадмия, то есть несмотря на некоторое снижение эффективности связывания, адсорбционные свойства ПВ не утрачиваются.
Препарат «Витацель» наиболее эффективно связывает тяжелые металлы при концентрациях ограничиваемых СанПиН 2.3.2.1078-01 (п. 1.1.1.), а также при концентрациях, превышающих их в 15 раз (для кадмия) и в 3 раза (для свинца).
Таким образом, результатом проведенных исследований сравнительной оценки влияния ПВ на СМС рубленых полуфабрикатов показали, что в производстве мясных продуктов наиболее эффективно использова-
Табл. 3. Эффективность связывания тяжелых металлов
Адсорбция пищевыми волокнами ионов свинца и кадмия из растворов
Пищевые волокна Pb Cd
Исходная концентрацияС0, мг/кг Равновестная концентрация С, мг/кг Удельная адсорбция S, мг/г Исходная концентрация С0, мг/кг Равновестная концентрация С, мг/кг Удельная адсорбция S, мг/г
Соевая клетчатка 0,5 0,0180 0, 02410 0,05 0,015 0,00175
«Витацель» 0,5 0,0175 0,02412 0,05 0,0045 0,00228
МКЦ 0,5 0,1255 0,01870 0,05 0,022 0,00140
Свекловичные волокна 0,5 0,1230 0,01890 0,05 0,017 0,00165
Адсорбция ионов свинца и кадмия препаратом пшеничных волокон «Витацель»
Pb Cd
Исходная концен- Равновестная кон- Удельная адсорбция Исходная концен- Равновестная кон- Удельная адсорбция
трация^, мг/кг центрация С, мг/кг S, мг/г трация С0, мг/кг центрация С, мг/кг S, мг/г
0,5 0,0175 0,0240 0,05 0,0045 0,0023
1,5 0,1535 0,0670 0,25 0,0824 0,0840
5,0 1,5500 0,1725 0,75 0,0859 0,0343
10,0 3,6483 0,3170 1,5 0,9590 0,0270
20,0 5,3300 0,7300 5,0 1,5900 0,1710
30,0 9,1100 1,0440 10,0 6,4600 0,1770
- - - 20,0 12,2700 0,3860
ние пшеничной клетчатки. Добавление ее в рецептуру в количестве до 2 % положительно влияет на орга-нолептические свойства и СМС готовых продуктов. Соевая клетчатка также может быть рекомендована к использованию, но не более 1,5 % во избежание ухудшения органолептических показателей.
Высокий уровень снижения ионов тяжелых металлов для всех исследуемых препаратов пищевых волокон (56,0...96,5 %) свидетельствует о принципиальной
возможности их использования не только как функционально-технологических, но и как диетических добавок, обладающих высокой эффективностью в качестве сорбентов тяжелых металлов.
С использованием результатов выполненных исследований разработана документация
ТУ 9214-875-00419779-05 «Полуфабрикаты мясо-растительные рубленые обогащенные с пониженным содержанием жира» и ТУ 9214-882-00419779-07 «Полуфабрикаты мясные профилактические».
ЛИТЕРАТУРА
1. Прянишников В. В. Свойства и применение препаратов серии «Витацель» в технологии мясных продуктов. Автореф. дис... канд. техн. наук//Воронеж. 2007.
2. Рогов И. А., Забашта А. Г., Ибрагимов Р. М. и др. Производство мясных полуфабрикатов//М: Колос-Пресс. 2001.
В Индии и Китае у буддистов коровы являются священными животными и не подлежат убою. В Индии существуют даже «дома престарелых» для коров, где животные получают корм вплоть до естественной смерти.
В Германии действует около 30 предприятий, которые производят своеобразные специи и их смеси, а также добавки для мясных продуктов. Фирмы по поставке специй представляют также своих консультантов, которые обеспечивают технологическую поддержку для мясной промышленности в целом и мелких мясоперерабатывающих производств в частности.
В Германии около 30 лет действуют техникумы по подготовке технологов для мясной промышленности, в которых молодые работники в течение двух лет становятся квалифицированными технологами.
Первое место среди европейских стран по доле торговых марок, помимо Швейцарии, занимает Великобритания - ее доля на рынке составляет около 40%. Почти такой же высокой доли достигают Германия (35%), Испания (29%), Нидерланды (29%), Франция (28%) и Бельгия (23%). В будущие годы присутствие собственных марок будет увеличиваться.
