CC BY
73
ОЛО
Функционально-технологические
и диетические свойства нерастворимых пищевых волокон
УСТИНОВА А.В., докт. техн. наук, БЕЛЯКИНА Н.Е., канд. техн. наук, СУРНИНА А.И.
ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии
ПРЯНИШНИКОВ В.В., канд. техн. наук
Компания «Могунция-Итеррус»
ИЛЬТЯКОВ А.В.
Мясокомбинат «Велес»
Включение пищевых волокон в состав мясных продуктов позволяет, прежде всего, снизить калорийность мясных продуктов и придать им диетические свойства
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, геми-целлюлоза), 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 пищевых волокон (ПВ) в рационе населения России 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): их использование улучшает консистенцию и сочность готового продукта, уменьшает потерю массы при жаренье на 30...40 %, предотвращает образование крупных кристаллов льда при замораживании, что способствует повышению качества готовой продукции.. Они также обеспечивают стабильность технологического процесса благодаря улучшению процессов формирования и фасования, исключая скопление жира на стенках оборудования. Положительным фактором является улуч-
шение экономических показателей производства из-за снижения расхода мясного сырья благодаря высокой влагосвязывающей способности ПВ.
Нерастворимые ПВ действуют на организм человека 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 органолептические 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 препараты нерастворимых пшеничных волокон, микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ), соевая клетчатка и осветленные свекловичные волокна, разработанные СевероКавказским НИИ сахарной свеклы и сахара. Характеристика препаратов приведена в табл. 1.
Наличие определенного сродства функциональных характеристик, например водосвязы-вающей (ВСС) и жиросвязывающей способности (ЖСС) мясных компонентов и ПВ позволяет при получении комбинированных мясных изделий максимально приблизить их структурно-механи-
ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 1. Характеристика препаратов пищевых волокон
Препарат ПВ Общее содержание ПВ, % ^став балластных веществ, % Удержание в препарате ПВ, %
целлюлоза гемицел-люлоза (ГМЦ) лигнин пектин-целлюлозный комплекс влаги золы белка
Пшеничные волокна 88,60 74,00 26,0 <0,5 — 8,0 3,00 0,4
МКЦ 94,84 94,84 — — — 5,0 0,16 —
^евая клетчатка 62,00 62,00 — — — 8,0 2,00 28,0
Cвекловичные волокна 77,00 25,00 — 8,0 44,0 12,0 2,00 9,0
ческие (CMC) и органолептические свойства, а также другие качественные показатели к традиционным продуктам, не содержащим пищевые добавки.
Так как полуфабрикаты и другие мясные изделия перед употреблением в пищу подвергают тепловой обработке, показатели BCC и ЖСС определяли до и после нее. C этой целью гидратированные ПВ нагревали на водяной бане до температуры 85 оC и выдерживали при этой температуре в течение 15 мин.
BCC и Ж^ препаратов ПВ определяли методом центрифугирования; рН в 10 %-й 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-вольтамперо-метрическим (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 В^ и Ж^ обладает препарат пшеничных волокон (образец 1). После тепловой обработки способность связывать влагу возрастает во всех образцах, причем больше в образце 1.
Ж^ после тепловой обработки у препарата пшеничных волокон возрастает на 0,57 г жира/г, у остальных препаратов наблюдается ее снижение. Cамыми низкими значениями по всем показателям обладает МКЦ (образец 2). По уровню В^ соевая клетчатка и свекловичные волокна (образцы 3 и 4) показали средние значения, а по показателям Ж^ незначительно превысили образец МКЦ.
Препарат пшеничных волокон включает в себя гемицеллюлозу, которая обладает более высокой В^, чем целлюлоза, так как содержит в звеньях своей полимерной цепи полярные группы.
Относительно высокая В^ препарата свекловичных волокон, по-видимому, связана с наличием в его составе пектин-целлюлозного комплекса.
Некоторые исследователи наличие Ж^ 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 Ж^. Это дает основание предположить, что величина Ж^ 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 OCT 49 121, использованный 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, следу-
2 3
Образец
Рис. 1. Влияние тепловой обработки на ВСС
Рис. 2. Влияние тепловой обработки на ЖСС
ет, что значения рН 10 %-й водной вытяжки образцов препаратов 1, 2 и 3 близки к нейтральным, и введение препаратов пшеничных волокон, 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 органолептиче-ские характеристики готового продукта.
Табл. 2. Рецептуры образцов полуфабрикатов
Ингредиент Содержание, (%) в образцах
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 — 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 (CMC), 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 пшеничных волокон и МКЦ повышает вязкость
мясного фарша, а вязкость соевой клетчатки и свекловичных волокон, напротив, — снижает.
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 пшеничных волокон 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 — пластичностью.
о
'X
о 1ё
■5 о
1000000
-10000
- контроль -1 2
3
4
о
0,1 1 10 Логарифм градиента напряжения на срез, с-1
Рис. 4. Изменение показателя динамической вязкости в зависимости от градиента напряжения среза
Рис. 3. Влияние препаратов пищевых волокон на величину рН мясных фаршей
Рис. 5. Влияние препаратов ПВ на пластичность модельных мясных систем
Фарши с препаратами ПВ имеют более низкую пластичность, чем образцы контрольной группы. 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,
ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 6. Влияние препаратов ПВ на ПНС готовых мясных бифштексов
что введение в рецептуры мясных полуфабрикатов свекловичных волокон, пшеничных волокон и соевой клетчатки позволяет снизить потери массы при тепловой обработке соответственно на 1,5; 4,0 и 5,5 % соответственно 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 из-за кисловатого привкуса и слабого, несвойственного мясным продуктам запаха, а также заметно бульшей 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 CMC мясных рубленых полуфабрикатов. Это делает возможным моделирование состава используемых ПВ для получения продукта требуемой консистенции.
Полученные данные могут быть использованы при моделировании CMC 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 пшеничных волокон и снижается в ряду пшеничные волокна > соевая клетчатка > свекловичные волокна > МКЦ. Кроме того, исследуемые ПВ обладают селективностью по отношению к ионам свинца.
Рис. 7. Уровень снижения концентрации ионов тяжелых металлов пищевыми волокнами в модельных растворах
Для дальнейших исследований при повышенных концентрациях как наиболее эффективный был выбран препарат пшеничные волокна. 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 на рис. 8 данные свидетельствуют о снижении количества адсорбированных свинца и кадмия (эффективность связыва-
Таблица 3. Эффективность связывания тяжелых металлов
Пищевые волокна Адсорбция пищевыми волокнами ионов свинца и кадмия из растворов
Pb Cd
Исходная концентрация C0, мг/кг Равновесная концентрация C, мг/кг Удельная адсорбция S, мг/г Исходная концентрация C0, мг/кг Равновесная концентрация C, мг/кг Удельная адсорбция S, мг/г
^евая клетчатка 0,5 0,0180 0, 02410 0,05 0,015 0,00175
Пшеничные волокна 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
Cвекловичные волокна 0,5 0,1230 0,01890 0,05 0,017 0,00165
Pb Cd
Исходная концентрация С0, мг/кг Равновесная концентрация С, мг/кг Удельная адсорбция S, мг/г Исходная концентрация С0, мг/кг Равновесная концентрация С, мг/кг Удельная адсорбция 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
ния) 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 пшеничных волокон 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).
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 1. ТУ 9214-875-00419779-05 «Полуфабрикаты мясорастительные рубленые обогащенные с пониженным содержанием жира»: «Шницели из говядины и свинины обогащенные с пониженным содержанием жира»; «Биточки из мяса птицы и свинины обогащенные с пониженным содержанием жира»; «Котлеты из мяса птицы обогащенные с пониженным содержанием жира».
Рис. 8. Уровень снижения концентрации ионов тяжелых металлов в модельных растворах препаратом пищевых волокон
Таким образом, результатом проведенных исследований сравнительной оценки влияния ПВ на CMC рубленых полуфабрикатов показали, что в производстве мясных продуктов наиболее эффективно использование пшеничных волокон. Добавление их в рецептуру в количестве до 2 % положительно влияет на органолептические свойства и CMC 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
Рис. 9. Изменение удельной адсорбции пшеничных волокон в зависимости от концентрации модельных растворов
2. ТУ 9214-882-00419779-07 «Полуфабрикаты мясные рубленые профилактические»: «Шницели из говядины и свинины обогащенные пищевыми волокнами, Витамином С, йодом, кальцием, с пониженным содержанием жира и хлористого натрия»; «Котлеты из говядины и мяса птицы обог а-щенные пищевыми волокнами, витамином С и в-каротином, йодом, кальцием, с пониженным содержанием жира и хлористого натрия».
