CC BY
7в
естник АПК
Агроинженерия -: № 1(13), 2014 " "
УДК 637.522-035.66
57
Борисенко Л. А., Моргунова А. В., Емельянов С. А.
Borisenko L. A., Morgunova A. V., Emelyanov S. A.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ СПОСОБОВ ГИДРАТАЦИИ СУХИХ БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
USE INNOVATIVE WAYS OF HYDRATION OF DRY PROTEIN DRUGS IN FOOD PRODUCTION
Приведены результаты исследований по применению In article results of researches on application of activated in
активированной различными способами воды для повы- various ways to enhance the sustainability of water water-in-oil
шения устойчивости водо-жировых эмульсий и получения emulsions and obtain a strong gels in the technology of produc-
прочных гелей в технологии производства эмульгирован- tion of emulsified meat products.
ных мясопродуктов. Key words: emulsion, gelation, protein preparation, cavita-
Ключевые слова: эмульсия, гелеобразование, белко- tion, activation. вый препарат, кавитация, активация.
Борисенко Людмила Александровна -
доктор технических наук, профессор, академик РАЕН, заведующий кафедрой товароведения и технологии общественного питания Ставропольский институт кооперации (филиал) Белгородского университета кооперации, экономики и права Тел.: (8652) 28-14-00, доб. 125 E-mail: [email protected]
Моргунова Анна Викторовна -
кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры товароведения и технологии общественного питания
Ставропольский институт кооперации (филиал) Белгородского университета кооперации, экономики и права Тел.: 8-918-746-55-40 E-mail: [email protected]
Емельянов Сергей Александрович -
доктор технических наук, доцент,
начальник отдела аспирантуры и докторантуры
Ставропольский государственный
аграрный университет
Тел.: (928) 810-52-81
E-mail: [email protected]
Borisenko Ludmila Aleksandrovna -
doctor of technical Sciences, Professor,
academician of RANS, head of the chair
of commodity research and technology of public catering
of the Stavropol Institute of cooperation (branch)
of Belgorod cooperative University, Economics and law,
Stavropol
Tel.: (8-8652) 28-14-00, EXT. 125 E-mail: [email protected]
Morgunova Anna Viktorovna -
candidate of technical Sciences, senior lecturer of the chair of commodity research and technology of public catering of the Stavropol Institute of cooperation (branch) of Belgorod cooperative University,
Economics and law, Stavropol Tel.: 8-918-746-55-40 E-mail: [email protected]
Emelyanov Sergei Aleksandrovich -
Doctor in Technical Sciences, associate Professor,
Head of Department of Postgraduate Study
Stavropol State
Agrarian University
Теl.: (928) 810-52-81
E-mail: [email protected]
Й1я увеличения объемов колбасного |роизводства, повышения, сохране-шя и стабилизации качества наряду с ным сырьем необходимо применять различные добавки, в том числе белковые, по своим функциональным свойствам приближающиеся к мышечным белкам. Добавки вводят в пищевые продукты, чтобы повлиять на их свойства и достигнуть определенного качества, однако сами они не являются пищевыми продуктами. Добавки, применяемые в качестве немясных ингредиентов в колбасном производстве, делятся на три основные группы: наполнители - в основном нерастворимые белко-
вые продукты, крупы и т. п.; связующие вещества - это добавки, хорошо растворимые в воде; при внесении в фарш они полностью растворяются во входящей в состав фарша воде и связывают частицы его в монолитную массу; они должны обладать способностью удерживать воду при термической обработке; эмульгаторы - связующие вещества, содержат растворимые белки [1]. В наибольшей степени требованиям колбасного производства отвечают, прежде всего, белковые препараты, обладающие достаточной степенью растворимости в водной фазе фарша, высокими гелеобразующими и эмульгирующими свойствами.
58
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Для получения стабильной структуры фарша необходимо, чтобы в нем присутствовало достаточное количество веществ, стабилизирующих систему и дополняющих действие мясных белков, особенно в случае недостаточного количества или пониженного качества мясного сырья (замороженное, после длительного хранения, с высоким содержанием соединительной ткани, жира и т. д.). Белковые добавки не должны подавлять и изменять взаимодействие с влагой мышечных белков.
Совершенствование технологий производства мясных продуктов с использованием многокомпонентных систем обусловлено широкими функциональными возможностями современных белоксодержащих препаратов растительного и животного происхождения, являющихся неотъемлемой частью этих систем.
Научные исследования, связанные с изучением функционально-технологических свойств белковых добавок растительного и животного происхождения, имеют решающее значение при разработке рецептур пищевых продуктов, обосновании процессов и режимов переработки белоксодержащего сырья. Большинство используемых сухих белковых добавок в пищевой промышленности требуют предварительного гидратирования, как при самостоятельном использовании, так и для получения устойчивых эмульсий, суспензий и жидких многокомпонентных систем.
Вода, содержащаяся в мясе и добавляемая в куттер, непосредственно участвует в механизме связывания всех ингредиентов в единую систему. Именно поэтому важнейшим условием получения продукта высокого качества является научно-практическое обоснование использования безопасных акустических, физико-химических, электрофизических способов обработки воды и водных систем, в том числе с использованием нанотехнологий, позволяющих осуществлять безреагентное регулирование его функционально-технологических свойств [2].
Имеющийся в нашем распоряжении многолетний опыт применения активированных жидких систем в технологиях производства мясных изделий [3-5] позволил научно и экспериментально обосновать целесообразность применения активированной различными способами воды для повышения устойчивости водо-жировых эмульсий и получения прочных гелей в технологии производства эмульгированных мясопродуктов. Вода в процессе активации приобретает уникальные свойства, связанные с ее изменениями на структурном наноуровне, а применение жидких систем на основе такой воды позволяет осуществлять безреагентное, экологически безопасное регулирование качественных показателей готовой продукции.
В качестве объектов исследования использовались белковые препараты животного происхождения, разработанные немецкой фирмой «Gewurz Muhle Nesse» - «Кат-гель 95» и
«Анисомин WE» [6]. Белковый препарат животного происхождения «Кат-гель 95» является уникальным эмульгатором и гелеобразовате-лем. По данным разработчиков, он значительно превосходит растительные белки по биологической ценности и в большой мере отвечает потребностям организма человека в незаменимых аминокислотах. Установлено, что этот белок способствует значительному снижению потерь массы мясопродуктов при термообработке, препятствует образованию бульонных и жировых отеков благодаря высокой степени гидратации и, соответственно, способствует увеличению выхода готовой продукции. «Анисомин WE» - это молочно-белковый продукт, полученный из свежего обезжиренного молока методом распылительной сушки, содержит коагулирующее вещество альбумин, а также лактозу и молочные соли в рассчитанном соотношении, тем самым достигаются отличные результаты при производстве вареных колбасных изделий. В мясных продуктах «Анисомин WE» способствует образованию необходимой структуры и улучшает консистенцию. «Анисомин WE» препятствует образованию крупинчатого фарша, появлению бульоно-жировых отёков и пустот в колбасном батоне, также препятствует отделению жира при копчении и варке и образованию слишком прочной связи между оболочкой и фаршем, снижает потери веса при термообработке. Благодаря своему оптимальному составу «Анисомин WE» заключает в себе целый ряд технологических преимуществ для производства вареных колбасных изделий. Альбумин содержится в данном белковом препарате в естественной форме, и поэтому обеспечивает требуемые коагуляционные свойства. Это обеспечивает хорошие водопоглощающие свойства, улучшение и стабилизацию структуры. Доля содержащихся в «Анисомине WE» естественных фосфатов рассчитана таким образом, что при обработке в куттере колбасного фарша достигается оптимальное раскрытие свободного мясного белка. «Анисомин WE» рекомендуется к использованию во всех жареных и вареных блюдах из молотого мяса (котлеты, гамбургеры, пельмени и т. д). «Анисомин WE» обеспечивает значительное (до 5 %) снижение потери веса при обжарке. Максимальные функции «Анисомина WE» достигаются при термообработке после 72 оС [6].
В задачи исследования входило изучение влияния вида активации воды на эмульгирующую и гелеобразующую способности выбранных нами для исследования белковых препаратов.
С целью реализации эксперимента по исследованию белковых препаратов, гидратиро-ванных различными видами активированной воды, использовали питьевую водопроводную воду (ПВ), щелочную фракцию электрохимически активированной воды с рН=10-12 ед. (ЩВ), кавитационно-дезинтегрированную (КДВ), а также воду, прошедшую двукратную актива-
в
естник АПК
Ставрополья
: № 1(13), 2014
Агроинженерия
59
цию путем кавитационной дезинтеграции щелочной фракции электрохимически активированной воды (ЩВ+КДВ). Электрохимически активированная вода - обычная водопроводная, подвергнутая электролизу в аппарате, где анодная и катодная зоны разделены непроницаемой для жидкости перегородкой. Щелочную фракцию электроактивированной воды получают в катодной зоне биоэлектроактиватора [3]. Кавитационно-дезинтегрированную воду можно получить при помощи дезинтегратора «Hielscher Ultrasound Technology UP». В процессе обработки жидкости на кавитационном дезинтеграторе звуковые волны высокой интенсивности, проникающие в жидкость, вызывают переменные циклы сжатия и разряжения, степень которых зависит от частоты ультразвука. В ходе цикла разряжения ультразвуковые волны высокой интенсивности образуют в жидкости небольшие пустоты. Когда эти пустоты достигнут размера, при котором они больше не могут поглощать энергию, они разрушаются в ходе цикла сжатия. Вода переходит в термодинамическое неравновесное состояние, которое характеризуется ее аномально высокой растворяющей способностью и длится до тех пор, пока полученная энергия постепенно не будет отдана в виде теплоты гидратации. Физический механизм такой дезинтеграции основан не на увеличении кинетической энергии молекул воды, как это происходит при нагревании, а на распространении в воде посредством кавитации периодических деформаций [5, 7].
При определении эмульгирующей способности белковых препаратов готовили серию эмульсий с содержанием жировой фазы от 10 до 80 %. Экспериментальные исследования проводили с использованием подсолнечного рафинированного масла. Перед составлением эмульсий воду подвергали предварительной активации - электрохимической (ЩВ), кавитационной (КДВ) или двойной (ЩВ+КДВ).
Кроме того, при составлении белково-жировых эмульсий нами проведена сравнительная оценка различных способов образования эмульсии:
- традиционный способ (на гомогенизаторе);
- кавитационная обработка (в дезинтеграторе «Hielscher Ultrasound Technology UP»).
Сравнительный анализ влияния изучаемых способов образования эмульсии позволил установить, что эмульсии, полученные на кавитационном дезинтеграторе, отличаются значительно большей стабильностью по сравнению с традиционным способом на гомогенизаторе. Следует отметить, что при каждом способе образования эмульсии ее стабильность повышается с увеличением содержания жировой фракции в системе. При этом снижается выпадение белка в осадок, а при содержании жира более 40 % в обоих случаях осадок не обнаруживается вовсе. При приготовлении эмульсии с
применением кавитации на аппарате «Hielscher Ultrasound Technology UP» отделение жировой фракции начинается только при концентрации масла в системе 60-70 %, тогда как при традиционном способе на гомогенизаторе - уже при 10-15 %. Отделение жира от эмульсии, полученной гомогенизацией, интенсивно увеличивается при концентрации жировой фракции более 50 %, тогда как эмульгирующая способность эмульсий, полученных кавитационной дезинтеграцией, удовлетворительна при 70 % жира в системе. Эмульгирующая способность препарата «Кат-гель 95» составила 233 г жира на 1 г белка, эмульгирующая способность препарата «Анисомин WE» составила 150 г жира на 1 г белка в случае получения эмульсий на аппарате «Hielscher Ultrasound Technology UP». Анализ полученных данных показывает, что белковый препарат «Кат-гель 95» обладает более высокой эмульгирующей способностью, чем «Анисомин WE», однако эмульсии, полученные на гомогенизаторе, менее стабильны по сравнению с теми, при составлении которых использовался аппарат «Hielscher Ultrasound Technology UP». Это связано с тем, что во время ультразвукового озвучивания гетерогенных систем отмечается одновременное протекание двух различных процессов: образование эмульсии на границе раздела фаз и коагуляция ее частиц во всем объеме системы. Каждый параметр ультразвука имеет определенное пороговое значение, при котором наступает равновесие между диспергированием и агрегацией частиц, способствующее образованию одинаковых по размеру частиц. Разрушение в результате ультразвукового воздействия структуры раствора белка способствует эффективной стабилизации эмульсии, так как отдельные капельки подсолнечного масла попадают внутрь ячеек сплошной сетки. Дробление жировых частиц до микроскопических размеров способствует получению мелкодисперсной жировой эмульсии. Благодаря способности обломков структуры к быстрому сращиванию, мельчайшие капельки масла остаются внутри ячеек восстановленной сетки и после снятия ультразвукового воздействия [2, 7].
В производстве колбасных изделий одной из основных задач является получение прочных и стабильных гелей. Условия перехода жидких и жидкообразных систем в гелеобразное состояние имеют важное практическое значение, так как предопределяют степень выраженности технологических, структурно-механических и органолептическиххарактеристик готовых изделий. Кинетикой гелеобразования и свойствами полученных гелей можно управлять, изменяя природу макромолекул (например, методами химической модификации), а также путем изменения рН, концентрации гидроколлоидов, ионной силы, ионного состава среды и температуры [1, 2, 4].
Предварительными исследованиями было установлено, что белковый препарат «Кат-гель
60
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
95» обладает высокой гелеобразующей способностью и образует прочные гели при гидратации питьевой водой в соотношении 1:4, а при более высоком уровне гидратации процесс гелеобразования замедляется, и образуются менее прочные гели. При использовании для гидратации активированной воды (ЩВ, КДВ, ЩВ+КДВ) прочные гели образуются при гидратации 1:4,5; 1:5; 1:6 соответственно. Белковый препарат «Анисомин WE» образует прочные гели при гидратации питьевой водой в соотношении 1:5, а при гидратации в ЩВ, КДВ или (ЩВ+КДВ)-воде прочные гели образуются при гидратации до 1:6. Это можно объяснить тем, что происходит более прочное взаимодействие молекул белка (дисперсной фазы) с активированной водой (дисперсионной средой) за счет наличия дополнительной энергии связи. При исследовании структуры и прочности пищевых гелей, полученных с использованием разных видов дисперсионной среды, выявлен диапазон существенных различий. Это объясняется тем, что механизм гелеобразования при применении активированной воды носит несколько иной характер, чем при использовании водопроводной. В образцах с применением электрохимической или кавитационной активации межмолекулярные связи геля дополнены водородными мостиками, свободные сегменты молекул сильно гидратированы, что приводит к усиленному сближению зон связывания. Сшивка молекул происходит на более высоком энергетическом уровне, сохраняя эти свойства при последующем хранении [2, 8]. В этой связи изучены структурно-механические показатели гелей исследуемых препаратов в процессе хранения. С этой целью полученные гели выдерживали при температуре 4-6 оС и через 2, 12 и 24 часа измеряли предельное напряжение сдвига (ПНС) образцов при помощи консистометра Гепплера (реовискозиметра). Результаты эксперимента показали, что с увеличением времени выдержки происходит нарастание прочностных характеристик гелей. При выдержке в течение 24 часов показатели ПНС увеличились в среднем в 1,5 раза. Следовательно, как показывают проведенные исследования, процесс гелеобразования продолжается.
При исследовании величины ПНС полученных гелей установлено, что с увеличением содержания дисперсной фазы в системе происходит ее упрочнение, возрастает величина ПНС
Литература
1. Измайлова В. Н., Ребиндер И. А. Структу-рообразование в белковых системах. М. : Наука, 1974. 268 с.
2. Моргунова А. В. Разработка технологии мясопродуктов с использованием кавитационно-дезинтегрированных систем : дис. ... канд. техн. наук : 05.18.04. Ставрополь, 2012. 150 с.
3. Борисенко А. А. Теоретические и практические аспекты полифункционального
геля. Однако при использовании активированных вод (ЩВ, КДВ и ЩВ+КДВ) в качестве дисперсионной среды значения ПНС гелей выше в среднем в 1,2-1,4 раза, чем при применении питьевой воды. Одной из причин полученных значений ПНС гелей может являться более упругая консистенция, так как сшивка молекул в активированной среде происходит на более высоком энергетическом уровне за счет наличия дополнительной энергии связи. Образованная таким образом пространственная структурная сетка обладает упругостью, способностью изгибаться и сворачиваться, оказывая большее сопротивление внешнему воздействию конуса индентора консистометра Гепплера (реовискозиметра) [8].
Полученные в ходе эксперимента данные позволяют сделать вывод о том, что при приготовлении гелей воду необходимо подвергать наноактивации, так как при этом происходит значительное упрочнение системы. Следствием этого является изменение консистенции пищевого продукта, формируется более уплотненный структурный каркас. Сшивка молекул происходит на наноуровне за счет наличия активированных групп в определённых положениях, приводящих к снижению поверхностной плотности заряда и образованию за счет этого устойчивых ионных комплексов [2, 8].
Вследствие комплексного анализа полученных данных можно сделать выводы, что белковый препарат «Кат-гель 95» обладает хорошими эмульгирующими и гелеобразующими свойствами, поэтому его можно использовать как в составе эмульсий, так и гелей, а белковый препарат «Анисомин WE» обладает хорошими гелеобразующими свойствами. Следовательно «Анисомин WE» можно применять в виде гелей с целью получения более упругой консистенции колбасных изделий. Полученные в ходе эксперимента данные позволяют сделать вывод о возможности использования белково-жировой эмульсии при замене мясного сырья в сочетании с белковым препаратом животного происхождения «Кат-гель 95». Использование аппарата «Hielscher Ultrasound Technology UP» для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред и воды при составлении эмульсий позволяет направленно и комплексно регулировать функционально-технологические свойства и качественные показатели белоксодержащих систем.
References
1. Izmailova V. N., Rebinder I. A. Structure formation in protein systems. M. : Nauka, 1974. 268 р.
2. Morgunova A. V. Development of the technology of meat products with the use of cavitation disintegrated systems : dis. ... Cand. tehn. Sciences : 05.18.04. Stavropol, 2012. 150 р.
3. Borisenko A. A. Theoretical and practical aspects of polyfunctional using electroacti-
в
естник АПК
Ставрополья
;№ 1(13), 2014
Агроинженерия
61
использования электроактивированных жидкостей в технологических процессах производства мясопродуктов : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Ставрополь, 2002.
4. Борисенко Л. А. Научно-технические основы интенсивных технологий посола мясного сырья с применением струйного способа инъецирования многокомпонентных и активированных жидких систем : автореф..... д-ра техн. наук. М.,
1999.
5. Брацихин А. А. Научно-практические аспекты интенсификации технологических процессов с использованием нано-активированных жидких сред при производстве мясопродуктов : дис. ... д-ра техн. наук : 05.18.04, 05.18.12. Ставрополь, 2009. 511 с.
6. Специи, приправы, ингредиенты для мя-сопереработки технологические решения для производства мясопродуктов // Мельница Приправ «НЕССЕ» [Электронный ресурс]. URL: http://www.mpnesse.ru/ main/index.html?id=268&pg280=1&nid=1& (дата обращения: 13.01.14).
7. Шестаков С. Д., Красуля О. Н., Богуш В. И., Потороко И. Ю. Технология и оборудование для обработки пищевых сред с использованием кавитационной дезинтеграции. СПб. : ГИОРД, 2013. 154 с.
8. Борисенко А. А., Борисенко Л. А., Моргунова А. В. и др. Влияние активированной воды на функционально-технологические свойства белкового препарата «Кат-гель 95» // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26). С. 124-126.
vated liquids in technological processes in producing meat products : abstract from dissertation. ... D.T.S. Stavropol, 2002.
4. Borisenko L. A. Scientific and technical basics principles of intense technologies of salting meat stuff with the use of jet method of compounding and activated liquids grouting : abstract from dissertation. ... D.T.S. M., 1999.
5. Bratsikhin A. A. Theoretical and practical aspects of intensification of technological processes with the use of HaHoaKTMBMpoBaHHbix liquid environments in production of meat products: dis. ... d-ra technology. Sciences : 05.18.04, 05.18.12. Stavropol, 2009. 511 c.
6. Spices, seasonings, ingredients for meat processing technological solutions for the production of meat // Mill Seasonings «NESSE» [Electronic resource]. URL: http://www.mpnesse.ru/main/index. html?id=268&pg280=1&nid=1&
7. Shestakov S. D., Krasulya O. N., Bogush V. I., Potoroko I. U. Technology and equipment for processing food environments using the cavitation disintegration. SPb. : GIORD, 2013.154 c.
8. Borisenko A. A., Borisenko L. A., Morguno-va A. V. et al. Impact activated water on the functional and technological properties of the protein preparation «Cat-gel 95» // Bulletin of the North Caucasian state technical University. Stavropol : SevKavGTU, 2011. № 1 (26). C. 124-126.
