CC BY
5
УДК 637.661 DOI 10.24412/2311-6447-2023-4-188-194
Использование крови сельскохозяйственных животных для создания продуктов антианемической направленности
Using the blood of farm animals to create anti-anemic products
Доцент P.C. Омаров, зав. кафедрой C.H. Шлыков, Ставропольский государственный аграрный университет, кафедра технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции, +7(8652)28-67-39, doooctor@yandex.ru
профессор А.В. Антипова, Воронежский государственный университет инженерных технологий, кафедра технологии продуктов животного происхождения, +7(473)255-27-65
преподаватель А.В. Моргунова Ставропольский государственный аграрный университет, факультет среднего профессионального образования, hrynya@mail.ru
Associate Professor R.S. Omarov, Head of the department S.N. Shlykov, Stavropol State Agrarian University, Department of Technology of Production and Processing of Agricultural Products, +7(8652)28-67-39, doooctor@yandex.ru
Professor L.V. Antipova, Voronezh State University of Engineering Technologies, Department of Technology of Animal Products, +7(473)255-27-65
Lecturer A.V. Morgunova Stavropol State Agrarian University, Faculty of Secondary Vocational Education, htynya@mail.ru
Аннотация. В настоящее время актуальным остается вопрос рациональной переработки крови убойных животных. Традиционные подходы к использованию крови в пищевых целях существенно ограничивают сферу ее применения из-за специфических органолептических характеристик. Приведено сравнение различных способов модификации эритроцитарной массы крови животных и более глубоко изучен кислотный гемолиз. В качестве гемолизирующего агента было предложено использование раствора аскорбиновой кислоты. Экспериментальным путем установлено, что внесение в равных объемах эритроцитарной массы и раствора аскорбиновой кислоты концентрацией 0,75 моль/дм3 позволяет эффективно разрушить стромы более 90 % эритроцитов в течение 15 мин. При этом степень окисления гемоглобина до метгемоглобина составляет около 50 %, что формирует желаемый цвет получаемого гидролизата. Получаемый сухой полуфабрикат характеризуется нейтральным запах и коричневым цветом, имеет высокие функционально-технологические свойства, хорошие показатели: биологической ценности, а также содержит 0,9 % органического железа. Это позволит использовать его в качестве функционального компонента при разработке мясных и кондитерских изделий антианемической направленности.
Abstract. Currently, the issue of rational processing of blood from slaughter animals remains relevant. Traditional approaches to the use of blood for food purposes significantly limit the scope of its use due to specific organoleptic characteristics. This work provides a comparison of various methods for modifying the red blood cell mass of animals and a more in-depth study of acid hemolysis. The use of a solution of ascorbic acid has been proposed as a hemolyzing agent. It has been established experimentally that the addition of equal volumes of red blood cells and a solution of ascorbic acid with a concentration of 0.75 mol/ dm3 can effectively destroy the stroma of more than 90 % of red blood cells within 15 minutes. In this case, the degree of oxidation of hemoglobin to methemoglobin is about 50 %, which forms the desired color of the resulting hydrolyzate. The resulting dry semi-finished product is characterized by a neutral odor and brown color, has high functional and technological properties, good biological value, and also contains 0.9 % organic iron. This will allow it to be used as a functional component in the development of anti-anemic meat and confectionery products.
Ключевые слова: гемовое железо, антианемические продукты, кислотный гемолиз
Keywords: heme iron, antianemic products, acid hemolysis
(О P.C. Омаров, C.H. Шлыков, A.B. Антипова, A.B. Моргунова, 2023
' ' ПИТАНИЯ
Благодарность. Исследования выполнены в рамках программы поддержки развития научных коллективов Ставропольского государственного аграрного университета, реализуемой при финансовой поддержке Программы стратегического академического лидерства «Приоритет - 2030».
Мясная отрасль обладает существенными ресурсами высокоусвояемого органического железа, содержащегося в крови убойных животных. Употребление продуктов с гемовым железом является эффективным средством для профилактики и лечения железодефицитных анемии [1,3,4], которой, по данным ВОЗ, на 2020 г. подвержено более 500 млн человек по всему миру. Ограничивающим фактором использования крови и продуктов ее переработки выступает гемовый компонент гемоглобина, придающий конечному продукту нежелательный темно-коричневый цвет, специфический кровяной запах и металлический привкус [2, 5]. Существующие подходы к нивелированию указанных нежелательных характеристик сводятся к разделению гема и белка глобина, что усложняет технологический процесс и ухудшает биодоступность нутриентов.
Обесцвечивание форменных элементов (ФЭ) крови за счет водного гемолиза и последующей обработкой сильным окислителем является классическим и эффективным подходом с точки зрения нивелирования [3, 6]. Получаемая обесцвеченная кровь представляет собой высокоэффективный эмульгатор с хорошими пенообразу-ющими свойствами, является источником незаменимых аминокислот, а также может использоваться в качестве заменителя жира в пищевых продуктах [4]. Однако воздействие таких сильных окислителей, как ацетон и перекись водорода разрушает органическую структуру гемовой части, что негативно сказывается на усвояемости железа. Это обуславливает перспективность использования более щадящих подходов к обработке крови и ее форменных элементов.
Использование ферментативного гидролиза эффективно разрушает прочную оболочку эритроцитов, не оказывая глубокого деструктивного воздействия на образуемые дериваты, в частности гемовую часть. Данный способ гидролиза позволяет нейтрализовать кровяной запах, а также перевести до 30 % гемового железа в свободное состояние, что несомненно повышает его усвояемость [6]. Однако накопление в гидролизате низкомолекулярных пептидов на треть снижает функционально -технологические свойства сырья [7]. Кроме того, наличие ярко-красного цвета из-за низкой степени окисления гемоглобина существенно ограничивает использование данного полуфабриката в пищевых технологиях.
Одним из путей устранения характерного цвета крови может рассматриваться трансформация гемоглобина в метгемоглобин, протекающая при определенной степени окисления гемового железа. Это позволит крови принять коричневый цвет и тогда ее можно использовать не только в мясных продуктах, но и в имитационных кондитерских изделиях. Для достижения данного эффекта можно использовать растворы пищевых органических кислот. Они смогут вызвать как разрушение клеток крови, так и окисление железа с образованием метгемоглобина, не разрушая при этом структуру металлопротеина.
Цель работы - изучение эффективности применения кислотного гидролиза при модификации эритроцитарной массы для ее использования в пищевых технологиях. Задачи исследования заключаются в обосновании выбора кислоты и ее количества, оценке скорости и полноты протекания гемолиза, степени окисления гемового железа и формируемых органолептических и функционально-технологических характеристик.
Исследование направлено на изучение эффективности различных способов гемолиза для модификации качественных характеристик эритроцитарной массы крови убойных животных. Объяснительный план исследования основывался на применении смешанных методов и конструктивистском восприятии онтологии.
Экспериментальные исследования проводились в научных лабораториях ка-
федры технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Ставропольского ГАУ в период 2022-2023 г. Основными изучаемыми показателями выступали скорость и полнота гемолиза, степень окисления гемоглобина и органо-лептическая оценка получаемого гемолизата.
Объектом исследования были гемолизаты эритроцитарной массы (аскорбиновокислые).
Материалом служила кровь крупного рогатого скота (рН 7,4, вязкость -5,5 Н-с/м2, стабилизатор - пирофосфат натрия) соответствующая показателям качества и безопасности ГОСТ 33674-2015; - вода питьевая (ГОСТ Р 51232-98); - аскорбиновая кислота (СТП ТУ КОМП 2-723-15).
Использовали инструменты и следующие методы:
- фракционирование крови на форменные элементы и плазму осуществляли на лабораторной центрифуге Bios Neofuge 15 (Китай);
полноту гемолиза фиксировали определением на спектрофотометре Unico S-1200 (США) оптической плотности смеси 0,25 см3 гемолизата и физраствора (разбавление в 84 раза) при длине волны 670 нм;
- определение содержания дериватов гемоглобина проводили по методике Austin и Drabkin на основе анализа спектров поглощения двухкомпонентной системы оксигемоглобина и метгемоглобина;
- органолептическую оценку проводили согласно ГОСТ ISO 13299-2015;
- массовую долю влаги/сухих веществ определяли путем высушивания навески образца до постоянной массы при температуре 105 °С;
- массовую долю белка определяли методом Кьельдаля;
активную кислотность определяли потенциометрическим методом на рН-метре / милливольтметре рН-410 (Россия) согласно ГОСТ Р 51478-99;
- массовую долю золы определяли согласно ГОСТ 17626-81 методом минерализации навески с последующим ее сжиганием в муфельной печи СНОЛ 6-10 (Россия) при температуре 500 °С;
- массовую долю железа определяли по ГОСТ 26928-86.
Стабилизированную кровь подвергали центрифугированию при 8 000 об/мин. в течение 10 мин с целью выделения форменных элементов.
Гемолизаты готовились путем добавления к 50 мл эритроцитарной массы аскорбиновой кислоты с концентрациями 0,25; 0,50; 0,75 или 1,5 моль/дм3. Соотношение ФЭ и раствора кислоты варьировалось 1,0:0,5; 1:1 и 1,0:1,5. Полноту протекания гемолиза оценивали каждые 60 с, отбирая пипеткой пробу из объема образца.
Исследование влияния аскорбиновой кислоты включало внесение ее раствора с концентрациями 0,25, 0,75 1,0 и 1,5 моль/дм3 в 3 вариантах соотношений: 1:0,5; 1:1; 1:1,5.
Проведение органолептических исследований включало описательную оценку консистенции, цвета и запаха получаемых гемолизатов в жидком виде.
Эксперименты и аналитические определения проводились в 3 повторностях. Обсуждаются только репрезентативные воспроизводимые данные по каждому опыту. Математическая обработка экспериментальных данных выполнена с применением градиентного метода и метода наименьших квадратов, их графические представления выполнены с помощью программ Microsoft Excel и Statistica (StatSoft, Inc.).
Учитывая известные сильные и слабые стороны способов гемолиза эритроцитарной массы, было решено провести углубленное изучение кислотного гемолиза с использованием органической кислоты, применяемой в пищевой промышленности. Для этих целей было решено использовать аскорбиновую кислоту, внесение которой обеспечит также витаминизацию продукта.
Главными критериями эффективности гемолиза являются скорость и полнота протекания процесса. Влиять на это будет прежде всего, соотношение объемов фор-
менных элементов к раствору кислоты в системе и ее концентрация. С целью установления оптимальных значений данных параметров был выполнен ряд исследований. Рабочие растворы аскорбиновой кислоты имели следующие концентрации 0,25, 0,5, 0,75 и 1,5 моль/дм3.
Использование кислоты молярной концентрации 0,25 моль/ дм3 показало невысокую эффективность гемолиза на изучаемом временном отрезке (рис. 1), при этом концентрация 1,5 моль/ дм3 вызывает максимально быстрое и полное разрушение эритроцитов (рис. 4). Промежуточные варианты внесения аскорбиновой кислоты с концентрацией 0,75-1 моль/ дм3 также вызывают практически полный гемолиз за заданный промежуток времени, но интенсивность его протекания ниже (рис. 2 и 3).
О 1 3 5 10 15 Продолжительность гемолиза, мин
Рис. 1. Изучение эффективности аскорбино-вокислового гемолиза (концентрация 0,25 моль/ дм3)
■1:0,5 ■1:1 1:1.5
0 1 3 5 10 15 Продолжительность гемолиза, мин
Рис. 2. Изучение эффективности аскорби-новокислового гемолиза, (концентрация 0,5 моль/ дм3)
1:0.5 1:1 1:1.5
0 1 3 5 10 15 Продолжительность гемолиза, мин
0 1 3 5 10 15 Продолжительность гемолиза, мин
Рис. 3. Изучение эффективности аскорбино- Рис. 4. Изучение эффективности аскорби-вокислового гемолиза (концентрация 0,75 новокислового гемолиза, (концентрация 1,5 моль/ дм3) молъ/ дм3)
Анализ полученных экспериментальных данных позволил сделать вывод, что оптимальной с позиции скорости и полноты протекания гемолиза является концентрация раствора аскорбиновой кислоты 0,75 моль/ дм3. Повышение концентрации приводит к значениям активной кислотности ниже 5,0 ед., формированию кислого запаха и вяжущего привкуса, что неприемлемо для ряда пищевых технологий.
Оценка значимости соотношения форменных элементов и гемолизирующего агента показала, что с увеличением доли раствора кислоты выше полнота гемолиза. Однако принимая во внимание нежелательность излишнего разбавления системы,
оптимальным является соотношение компонентов 1:1.
Еще одним фактором, подтверждающим оптимальность соотношения форменных элементов и аскорбиновой кислоты концентрацией 0,75 моль/дм3 послужило изучение степени окисления гемоглобина при варьировании соотношений компонентов и концентраций.
Под действием аскорбиновой кислоты происходит окисление гемоглобина до метгемоглобина, что существенно меняет окраску продукта от красной до коричневой. Поэтому важно контролировать концентрацию метгемоглобина, так как это формирует органолептические характеристики гемолизата (рис. 5).
а §
10.25 Ю,75 I 1.5
Соотношение 1:1
Соотношение 1:1,5
Рис. 5. Накопление метгемоглобина в гемолизате при обработке аскорбиновой кислотой
Оптимальным цветом для гемолизата, с позиции использования его в рецептурах мясных продуктов, а также кондитерских изделий, является шокола/дно -коричневый. Такой цвет достигается при окислении до метгемоглобина около 50 % гемоглобина. Результаты, представленные на рис. 5, показывают, что нужный цвет формируется при концентрации кислоты 0,75 моль/дм3 и ее равном объемном соотношении с форменными элементами. Увеличение концентрации метгемоглобина приводит к формированию излишне темного цвета, а снижение концентрации придает гемолизату красный оттенок.
В сепарированной массе форменных элементов всегда присутствует некоторое количество плазмы крови. Кислота будет воздействовать на глобулярные белки плазмы крови, разрушая их структуру и вызывая необратимое перестроение в фибриллярный тип белков. Присутствие в гемолизате модифицированных белков плазмы крови повышает его структурирующие и связующие свойства, что ценно при разработке полидисперсных пищевых систем.
Помимо разрушения клеток эритроцитов гемолиз сопровождается деструкцией молекул гемоглобина, что приводит к накоплению в растворе свободного гемового железа. Данный факт будет способствовать улучшению биодоступности железа и подчеркивать антианемическую направленность полученного пищевого компонента.
Полученный жидкий гемолизат обладает нейтральным запахом и имеет коричневый цвет. Однако в жидком виде он является хорошей питательной средой для развития микроорганизмов, что связано присутствием в системе значительного количества белка в гидролизованной форме. Для решения данной проблемы его под-вергнули сушке с целью максимального удаления свободной влаги. Сушку гемолизата проводили при температуре воздуха 120 °С (табл. 1 и 2).
Таблица 1
Качественные показатели сухого аскорбиновокислого гемолизата
Показатели Значение
Сухие вещества, % 80,3
Влага, % 8,4
Белок, % 74,6
Жир, % 2,9
Железо, % 0,9
Зола, % 4,4
Активная кислотность, ед. 5,8
Эмульгирующая способность, % 69,3
Стабильность эмульсии, % 78,9
Степень растворимости, % 95,8
Структура Порошкообразная, комочки легко разрушаются
Цвет Светло-коричневый, однородный во всей массе продукта
Запах Без запаха
Таблица 2
Результаты изучения качества аминокислотного состава сухого гемолизата
Аминокислоты Показатели
Содержание аминокислот в белке сухого гемолизата, г/ 100 г белка Аминокислотный скор, % Эталонный белок (незаменимые аминокислоты), г/100 г белка
Фенилаланин+ Тирозин 6,88 114,7 6,0
Валин 5,74 114,8 5,0
Греонин 2,47 61,7 4,0
Аейцин + Изолейцин 11,57 105,2 11,0
Метионин + Цистин 1,58 45,1 3,5
Аизин 4,96 90,2 5,5
Сухой полуфабрикат имеет удовлетворительные органолептические характеристики, а также высокие показатели содержания органического железа и животного белка. При этом оценка качества белка по профилю незаменимых аминокислот показала его полноценность, а лимитированность по треонину, метионину и лизину можно успешно нивелировать за счет принципов пищевой комбинаторики, так как продукт планируется использовать, главным образом, как антианемическую добавку. Также установлено, что сухой гемолизат хорошо совместим с жирами, образуя с ними достаточно устойчивые дисперсионные системы по типу эмульсий.
Кислотный гидролиз эритроцитарной массы является наиболее рациональным способом ее обработки при подготовке к использованию на пищевые цели. Использование аскорбиновой кислоты с молярной концентрацией 0,75 моль/дм3 позволяет эффективно разрушить стромы более 90 % эритроцитов в течение 15 мин. Получаемая добавка обладает приемлемыми органолептическими характеристиками, хорошими функционально-технологическими свойствами и высоким нутриентным статусом за счет высокого содержания белка и органического железа. В образуемом гидролизате до 50 % гемоглобина переходит в метгемоглобин, формируя коричневый цвет, который будет хорошо сочетаться при создании антианемических продуктов как на мясной основе, так и имитационных кондитерских изделий.
ЛИТЕРАТУРА (REFERENCES)
1. Ragasri S. & Sabumon P.C. (2023). A critical review on slaughterhouse waste management and framing sustainable practices in managing slaughterhouse waste in India. Journal of Environmental Management. 327. 116823. 10.1016/ j.jenvman.2022.116823.
2. Yilin X., Shanxing G., Zhang X., Jiachen Z. (2022). Dietary Heme-Containing Proteins: Structures, Applications, and Challenges. Foods. 11. 3594. 10.3390/ foodsl 1223594.
3. Zain S.-R., Aurore C., Jacinthe Т., Laila S.B., Ismail F., Laurent В., Mikhaylin, S. (2021). Effect of pH on the Antimicrobial Activity and Peptide Population of Pepsin Hydrolysates Derived from Bovine and Porcine Hemoglobins. ACS Food Science & Technology. XXXX. 10.1021 /acsfoodscitech. Ic00141.
4. Renato C., Heber S., Luis E., Luz Q., Lucia Т., Villegas, L. & Villegas, M. (2023). A Review of Slaughterhouse Blood and its Compounds, Processing and Application in the Formulation of Novel Non-Meat Products. Current Research in Nutrition and Food Science Journal. 11.549-559. 10.12944/CRNFSJ.11.2.06.
5. Siti M.S., Nurrulhidayah A.F., Azura A., Mustafa M.J.S., Abdul R., Nur Azira Т., Arieff S., Rashidi O. (2021). Issues related to animal blood into food products: a review paper. Food Research. 5. 12-21. 10.26656/fr.2017.5(3).512.
6. Омаров P.С., Антипова Л.В., Шлыков С.Н. Способ подготовки форменных элементов крови к использованию на пищевые дели // Патент РФ № 2711175. 2020.
Omarov R.S., Antipova L.V., Shlykov S.N. Sposob podgotovki formennykh ele-mentov krovi k ispol'zovaniyu na pishchevye tseli [Method for preparing blood cells for food use], Patent RF No 2711175, 2020 (Russian).
7. Горлов И.Ф., Сложенкина М.И., Федотова Г.В., Гребенникова Ю.Д., Омаров P.C. Разработка рецептуры мясного продукта функциональной направленности // Пищевая промышленность. - 2019. - № 8. - С. 40-43.
8. Gorlov I.F., Slozhenkina M.I., Fedotova G.V., Grebennikova Yu.D., Omarov R.S. Razrabotka retseptury myasnogo produkta funktsional'noy napravlennosti [Development of a recipe for a functional meat product], Pishchevaya promyshlennost', 2019, № 8, 40-43 pp.
