CC BY
0Б.А. Баженова, д-р техн. наук, проф., e-mail: bayanab@mail.ru А.М. Данилов, соискатель, e-mail: andreyka.danilov.87@mail.ru А.Б. Эжинова, магистрант, e-mail: ezhinova2014@yandex.ru
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ УДК 637.523
ИЗУЧЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ И ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПАСТЫ ИЗ МОДИФИЦИРОВАННОГО РУБЦА
В статье приведены результаты изучения биологической ценности и функционально-технологических свойств пасты из модифицированного рубца. В результате проведенных исследований фракционного состава белков пасты из модифицированного рубца выявлено, что ферментация рубца способствует увеличению содержания водорастворимых белков в 5 раз, а содержание щелочераствори-мой фракции - в 4,9 раза, что указывает на эффективность ферментативного гидролиза. Исследованиями качественного состава белков пасты выявлено высокое содержание аминокислот, участвующих в формировании и стабилизации структуры коллагена (глицина, аланина и пролина). По аминокислотному скору паста относится к неполноценному продукту. Поэтому при его использовании в рецептуре мясного изделия необходима количественная и качественная корректировка белкового компонента. Исследования функционально-технологических свойств пасты позволяют использовать ее в производстве вареной колбасы в количестве 15 %. По результатам изучения микробиологических показателей и гигиенических требований безопасности паста из модифицированного рубца отвечает предъявляемым требованиям.
Ключевые слова: паста на основе модифицированного рубца, фракционный состав пасты, аминокислотный состав пасты, функционально-технологические показатели, микробиологические показатели, показатели безопасности.
B.A. Bazhenova, Dr. Sc. Engeneering, Prof.
A.M. Danilov, P.G.
A.B. Ezhinova, Master student
STUDY OF THE BIOLOGICAL VALUE AND FUNCTIONAL AND TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF MODIFIED RUMEN PASTE
The article presents the results of studying the biological value and functional and technologicalprop-erties of the modified rumen paste. As a result of studies of the fractional composition of the modified rumen paste proteins, it was found that rumen fermentation increases the content ofwater-soluble proteins by 5 times, and the content of the alkaline-soluble fraction by 4.9 times, which indicates the effectiveness of enzymatic hydrolysis. Studies of the qualitative composition of paste proteins revealed a high content of amino acids involved in the formation and stabilization of the collagen structure (glycine, alanine and Proline). According to the amino acid score, the paste belongs to an inferior product. Therefore, when using it in the recipe of a meat product, a quantitative and qualitative correction of the protein component is necessary. Studies of the functional and technological properties of the paste allow it to be used in the production of cooked sausage in an amount of 15 %. According to the results of a study of microbiological indicators and hygienic safety requirements, a modified rumen paste meets the requirements.
Key words: paste based on modified rumen, fractional composition of the paste, amino acid composition of the paste, functional and technological indicators, microbiological indicators, safety indicators.
Введение
Производство и переработка мяса занимает ведущее место в агропромышленном комплексе страны, так как мясопродукты являются в рационе питания населения основным источником белка. Известно, что одним из важнейших факторов сохранения здоровья населения
является рациональное питание, построенное на основе научных данных о потребностях человека в энергии и основных веществах. Кроме того, с учетом физиологических потребностей человека в пище разрабатываются принципы специализированного и функционального питания, которые приобретают особую актуальность при изыскании новых ресурсов животного белка.
Современные технологии производства продуктов питания широко используют технологические и функциональные добавки, в качестве которых в последние годы широкое распространение получило вторичное сырье животного происхождения. В основном это колла-генсодержащее сырье: свиные и куриные шкурки, ноги, мясо голов, мясная обрезь, субпродукты и т.д. Целесообразность и эффективность их использования в производстве мясных продуктов доказана. Имеется огромный опыт расширения ассортимента мясных продуктов специализированного и функционального питания.
В связи с изменением структуры и организации производства и переработки мяса усугубляются проблемы рационального использования слизистых субпродуктов. Для крупных производителей мяса сбор и хранение слизистых субпродуктов не представляется эффективным, а предприятия средней и малой мощности не располагают специализированными цехами для переработки кишечного сырья.
В настоящее время достигнуты определенные успехи в реализации оригинальных идей и эффективных технологий переработки коллагенсодержащего сырья. Основными направлениями его использования являются технологии создания белково-жировых эмульсий, содержащих различные функциональные ингредиенты [1-3], желатина [4], пептидных препаратов, а также использования биохимически модифицированных субпродуктов в создании функциональных мясных продуктов [5-7].
Желудочно-кишечный тракт убойных животных и другие органы, участвующие в пищеварении, представляют собой ценное эндокринно-ферментное сырье. Анализ морфогистоло-гической характеристики и физиологической роли открывает широкие перспективы рационального использования биотехнологического потенциала слизистых субпродуктов. Особый интерес представляет комплексная биотехнологическая переработка рубца и желудка жвачных. Последний рассматривается как источник протеолитического фермента, обладающего тендеризующим эффектом в отношении мышечной и соединительной ткани [8].
Известно, что основным ферментом слизистой желудка животных и птицы является пепсин, производство которого является трудоемким, с одной стороны, с другой - на рынке имеются дешевые функциональные заменители фермента микробного и растительного происхождения. В молочной отрасли в качестве белоксвертывающих агентов используются преимущественно комплексные препараты химического и микробиологического происхождения, в мясной промышленности в качестве тендеризующих препаратов практикуются ферменты, обладающие строгой специфичностью по отношению к субстрату.
Учитывая изложенное, была показана целесообразность проведения работ, посвященных комплексному использованию биотехнологического и пищевого потенциала рубца и желудка крупного рогатого скота как источников белка животного происхождения и ферментного раствора (лизата), обладающего тендеризующим эффектом [12, 13].
Решение поставленной проблемы предопределило задачи, которые следует решить, и постановку экспериментальных исследований.
На основе изучения технологических, физиологических и гистоморфологических вопросов, анализа выхода субпродуктов слизистой группы (1,7-2,5%) показано, что рубец обладает значительным выходом. Изучение морфологии и гистологии рубцовой ткани выявило, что основу составляет соединительная ткань, к которой примешиваются жировая и гладкая мышечная ткани. Последняя содержит незначительное количество поперечно-полосатых мышечных волокон, а гладкая мышечная ткань представлена наружным и внутренним слоями [1].
Непосредственное использование нативного рубца в рецептуре мясопродуктов придает им жесткую консистенцию, обусловленную свойствами коллагеновых и эластиновых волокон.
В настоящее время накоплен огромный практический опыт размягчения соединительной ткани. Хорошие результаты получены за счет применения как отдельных способов тендериза-ции: механических, физических, химических и биотехнологических, так и их комбинаций. В свете последних достижений биотехнологии в целом в мясной промышленности все большую актуальность приобретают биотехнологические приемы совершенствования технологий.
Применение ферментных препаратов для обработки коллагенсодержащего сырья основано на ферментативной модификации структуры белка соединительной ткани. Хотя теоретические основы использования ферментов в промышленности известны, однако изменения состава и свойства субстрата, способа использования фермента и ряд других факторов требуют дополнительных исследований. Особенно следует обратить внимание на субстратную специфичность фермента, так как, в частности, рубцовая ткань представляет собой белки с различной структурой и биохимическими свойствами. Кроме того, важно учитывать физиологическую роль фермента. Например, коллагеназы микробного происхождения обладают полифункциональностью в отношении пептидных связей [9].
Известно, что биосинтез различных тканей происходит при непосредственном участии ферментов, каждый из которых обладает определенный специфичностью. Так, для тканевой коллагеназы характерна более узкая специфичность, которая может иметь большое практическое значение. Известно, что коллагеназа головастика разрушает структурную единицу коллагена - тропоколлаген лишь в одном листе, и предполагает развертывание всей коллагеновой цепи, раскрывая дополнительные пептидные связи для доступа других протеолитических ферментов, углубляющих процесс деградации полипептидной цепи коллагена [9].
Имеются сведения о коллагеназной активности пепсина и проявлении протеолитических свойств и при рН 6,0, не оптимальной для данного фермента [1, 8]. Не исключено, что это связано с физиологической ролью желудка, среда на участке перехода его в кишечник приближается к рН в данном органе - ближе к нейтральной.
На данном этапе исследований эксперименты были направлены на изучение свойств белкового компонента пасты и изучение его функционально-технологических свойств. Отдельным блоком представлены исследования белкового компонента модифицированного рубца в виде пасты и изучение вопросов его безопасности. Практическое значение пасты из модифицированного рубца изучали на примере технологии вареной колбасы из конины.
Материалы и методы
Объектом исследования служила паста из рубца крупного рогатого скота, модифицированная ферментным раствором (лизатом), содержащая пепсин.
При определении органолептических свойств руководствовались ГОСТ 9959 Продукты мясные. Общие условия проведения органолептической оценки. Массовые доли определения: влаги - ГОСТ Р 51479 Мясо и мясные продукты. Методы определения массовой доли влаги; белка - ГОСТ Р 25011 Мясо и мясные продукты. Методы определения белка, жира -ГОСТ 23042 Мясо и мясные продукты. Методы определения жира; золы - ГОСТ Р 53642 Мясо и мясные продукты. Метод определения массовой доли общей золы. Структурно-механические, функционально-технологические свойства продукта и фракционный состав белков определяли по методам, описанным в литературе [10]. Аминокислотный состав определяли на автоматическом анализаторе ААА - 881. Микробиологические показатели и гигиенические требования - по стандартным методикам.
Результаты исследований
Ранее отмечалось, что увеличивающийся дефицит пищевого белка, прежде всего животного происхождения, определяет необходимость изыскания дополнительных резервов, главным образом за счет возможности переработки для этих целей вторичного коллагенсодержа-
щего сырья. При решении проблемы количественного дефицита белка животного происхождения возникает необходимость его качественной характеристики, определяемая фракционным и аминокислотным составом.
Результаты изучения качественной характеристики белковой пасты из модифицированного рубца представлены в таблицах 1 -3.
В таблице 1 представлен фракционный состав белков рубцовой ткани крупного рогатого скота до и после ферментативной модификации.
Таблица 1
Фракционный состав пасты до и после модификации
Виды белков Значение
до после
В одорстворимые 2,1±0,31 10,8±0,91
Солерастворимые 4,6±0,42 2,6±0,11
Щелочерастворимые 8,4±0,40 1,7±0,09
Итого 15,1 15,1
Из таблицы 1 видно, что значительная доля белков нативной ткани представлена белками соединительной ткани рубца и белками гладкой мышечной ткани, последние - преимущественно белками сарколеммы ядер и внутриклеточными соединительно-тканными белками.
После ферментативной модификации, как показывают данные таблицы 1, наблюдается перераспределение белковых фракций рубцовой ткани. Так, содержание водорастворимой фракции увеличивается примерно в 5 раз, а содержание соединительнотканных белков уменьшается в 4,9 раза. Вероятно, при ферментативной модификации рубца имеет место гидролитическое расщепление коллагена соединительной ткани и белков гладкой мышечной ткани с образованием средне- и низкомолекулярных пептидов.
Результаты изучения фракционного состава белков рубца после ферментативной модификации указывают на достаточно высокую эффективность обработки рубца раствором пепсина (лизатом) после его термообработки. Повышение протеолитической активности пепсина в отношении гидротермически обработанного рубца обусловлено, с одной стороны, обводнением коллагеновых волокон, с другой - развертыванием тройной спирали тропоколлагена в результате повышения энергии теплового движения, превышающей стабилизирующие тройную спираль силы. Таким образом, слабокислая среда способствует набуханию коллагена. Кроме того, происходит механическая иммобилизация молекул воды в микро- и макропоры коллагена, которая также усиливает взаимодействие фермента с субстратом.
В таблицах 2 и 3 представлены результаты исследования аминокислотного состава пасты из рубца после ферментативной модификации.
Таблица 2
Аминокислотный состав пасты из ферментированного рубца
Аминокислота Содержание г/100 г Аминокислота Содержание г/100 г
Аргинин 6,3 Триптофан 1,1
Валин 4,0 Алании 6,5
Гистидин 2,0 Аспарагиновая кислота 7,8
Изолейцин 3,5 Глицин 10,1
Лейцин 6,2 Глютаминовая кислота 11,6
Лизин 6,0 Пролин 8,8
Метионин 1,8 Серин 3,7
Треонин 3,6 Тирозин 2,7
Фенилаланин 3,8 Цисцин 0.8
Как показывают данные таблицы 2, паста из рубца КРС после ферментации содержит значительное количество глицина, аланина и пролина, высокое содержание которых характерно для нативного коллагена, так как они являются непосредственными участниками его структуры и обеспечивают ее стабильность.
Таблица 3
Аминокислотный скор пасты из ферментированного рубца
Аминокислота Шкала ФАО/ВОЗ Паста из говяжьего рубца
г/100 г скор
Изолейцин 4,0 3,2 80
Лейцин 7,0 5,8 83
Лизин 5,5 5,5 100
Метионин + цистин 3,5 2,0 57
Фенилаланин + тирозин 6,0 5,7 95
Треонин 4,0 3,4 85
Валин 5,0 3,6 72
Триптофан 1,0 - -
Данные таблицы 3 показывают, что по аминокислотному скору паста из ферментированного рубца представляет собой неполноценный продукт по белковому компоненту, лишь по лизину соответствует шкале ФАО/ВОЗ. Однако, учитывая ухудшение структуры питания населения нашей страны, особенно снижение объемов потребления животного белка на 1820 %, использование пасты из ферментированного рубца решает проблему количественного обеспечения рациона белком. Анализ качественного белкового состава продукта указывает на необходимость мероприятий по его оптимизации. Хотя коллагенсодержащий продукт не может быть адекватной заменой мышечной ткани по содержанию триптофана и цистина, как показывают данные таблицы 2, возможен подбор рецептуры, которая не снижает аминокислотную сбалансированность продукта, приближаясь по количественному соотношению аминокислот к требованиям ФАО/ВОЗ. Кроме того, при использовании коллагенсодержащего компонента в составе мясопродуктов имеет место его обогащение балластными веществами, которые рассматриваются как фактор адекватного питания.
В таблице 4 представлена качественная характеристика пасты на основе модифицированного говяжьего рубца.
Таблица 4
Характеристика пасты на основе модифицированного говяжьего рубца
Органолептические показатели Значение
Внешний вид серо-белый цвет
Консистенция пастообразная
Запах без запаха
Вкус безвкусный
Физико-химические показатели
Массовая доля влаги, % 79,7±1,3
Массовая доля белка, % 13,3±0,6
Массовая доля золы, % 1,1±0,1
Массовая доля жира, % 5,5±0,3
Результаты исследования химического состава показывает, что паста из модифицированного рубца может быть использована в качестве белкового обогатителя животного происхождения, так как содержит 15,1 % белка.
Исследования микробиологических показателей и гигиенических требований безопасности пасты из ферментированного рубца, представленные в таблицах 5 и 6, показывают, что продукт соответствует требованиям, предъявляемым Техническим регламентом Таможенного союза (ТР ТС 034/2013).
Таблица 5
Микробиологические показатели безопасности пасты из модифицированного рубца
Показатель КМАФАнМ КОЕ/г БГКП Сульфитредуцирующие клостридии S. aureus
Микробиологические нормативы 2,0*10 не допускается в 1 г не допускается в 0,1 г не допускается в 1 г
Содержание в продукте 1,5*10 не обнаружены не обнаружены не обнаружены
Таблица 6
Гигиенические показатели безопасности пасты из модифицированного рубца
Гигиенические требования Токсичные элементы мг/кг, не более Пестициды (а-, ß-, у-изомеры) ДДТ и его метаболиты
свинец мышьяк кадмий ртуть
2,0 1,0 0,1 0,05 0,1 0,1
Содержание в продукте 0,5 0,1 0,05 не обнаружены не обнаружены не обнаружены
На следующем этапе работы была рассмотрена возможность внесения полученной пасты в рецептуру конской вареной колбасы. Для определения оптимальной дозы были изучены функционально-технологические свойства конского фарша в зависимости от содержания пасты. Пасту на основе модифицированного рубца вносили в количестве 10, 15, 20 и 25 %. В таблице 7 приведены результаты исследования влияния дозы пасты на изменение функционально-технологических характеристик фарша.
Таблица 7
Изменение функционально-технологических свойств фарша в зависимости от количества внесенной пасты
Доза вносимой пасты, % ВСС, % ВУС, % ЖУС, %
0 79,2±1,4 86,22±1,2 88,42±1,6
10 82,1±1,6 88,23±1,3 89,51±1,8
15 83,1±1,8 88,61±1,4 90,21±1,9
20 82,2±1,9 89,23±1,7 90,53±2,3
25 80,5±1,2 89,14±1,5 90,42±2,4
Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют о том, что введение пасты до 15 % способствует повышению гидрофильности сырой мясной системы на 3-4 %. Дальнейшее увеличение дозы пасты обводняет фарш, поэтому показатель гидрофильности фарша снижается.
Анализ представленных данных показал, что с увеличением дозы пасты на основе модифицированного рубца функционально-технологические свойства фарша после термической обработки повышаются. Так, при максимальном введении пасты (25 %) водо- и жироудержи-вающая способности повышаются на 3,2 и 2,1 % соответственно. Улучшению функционально-технологических свойств способствует денатурация модифицированных коллагеновых волокон с образованием желирующих компонентов, удерживающих дополнительное количество молекул воды. Основная роль в этом процессе отводится коллагену, но нужно отметить роль
гладких и поперечнополосатых мышечных волокон, которые способствуют появлению активных функциональных гидро- и липофильных групп.
Вывод
Таким образом, на основании выполненных исследований изучен фракционный состав белков пасты из модифицированного рубца. Показано, что ферментация рубца способствует увеличению содержания водорастворимых белков в 5 раз, а увеличение щелочерастворимой фракции в 4,9 раза указывает на эффективность ферментативного гидролиза. Исследованиями качественного состава белков пасты выявлено высокое содержание аминокислот, участвующих в формировании и стабилизации структуры коллагена (глицина, аланина и пролина). По аминокислотному скору паста относится к неполноценному продукту. Поэтому при ее использовании в рецептуре мясопродукта необходима количественная и качественная корректировка белкового компонента. Исследования функционально-технологических свойств пасты позволяют использовать ее в производстве вареной колбасы в количестве 15 %. По результатам изучения микробиологических показателей и гигиенических требований безопасности паста из модифицированного рубца отвечает требованиям ТР ТС 034/2013.
Библиография
1. Антипова Л.В. Основы рационального использования вторичного коллагенсодержащего сырья мясной промышленности: монография. - Воронеж: Изд-во ВГТА, 2012. - 248 с.
2. Патшина М.В. Разработка технологии вареных мясных продуктов с использованием колла-генового полуфабриката из свиной шкурки: автореф. ... дис. канд. техн. наук. - Кемерово: Изд-во Кем-ТИПП, 2013. - 22 с.
3. Титов Е.И., Апраксина С.К., Митасева Л.Ф. и др. Рациональный способ переработки колла-генсодержащих субпродуктов // Мясная индустрия. - 2006. - № 9. - С. 28-30.
4. Антипова Л.В., До Ле Хыу Нам. Исследование возможности применения протеолитических ферментных препаратов в технологии желатина из новых видов сырьевых источников // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2011. - № 3. - С. 12-17.
5. Тарасова И.В., РебезовМ.Б., Переходова Е.А. и др. Оценка показателей качества полуфабрикатов мясных рубленых с биомодифицированным сырьем // Молодой ученый. - 2014. - № 8. -С. 279-281.
6. Баженова Б.А. Научное обоснование и разработка инновационных технологий продуктов из мяса яков и лошадей бурятского экотипа: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2014. - 32 с.
7. Васильева И.О. Перспективы использования модифицированного коллагена в производстве мясных продуктов // Вестник Российского государственного аграрного заочного университета. - 2011.
- № 11 (16). - С. 63-66.
8. СтрайерЛ. Биохимия. Т. 1: пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 232 с.
9. Каспарьянц С.А. Закономерности влияния ассоциативных и комплексообразующих свойств коллагена на его состояние и эффективное использование: автореф. дис. . д-ра техн. наук. - М.: МИНХ им. Г.В. Плеханова, 1989. - 44 с.
10. Антипова Л.В., Глотова И.А., Рогов И.А. Методы исследований мяса и мясных продуктов.
- М.: Колос, 2001. - 376 с.: ил. (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).
11. Титов Е.И., Апраксина С.К., Литвинова Е.В. Влияние биомодификации на свойства коллагенсодержащего сырья // Инновации и инвестиции. - 2015. - № 6. - С. 196-199.
12. Danilov A.M., Bazhenova B.A., DanilovM.B. et al. Study of lysate activity to modifícate collagene raw materials to use in sausage mixture // Foods and Raw Materials. - 2018. - Vol. 6, N 2. - P. 256-263.
13. Данилов А.М. Получение ферментного раствора из говяжьего цельного сычуга для модификации свойств коллагенсодержащего рубца // Междунар. науч. журнал Theory and practice of meat processing. - М.: Изд-во: ФНЦ ПС им. Горбатова А.В., 2017. - № 4. - C. 4-17.
Bibliography
1. Antipova L.V. Fundamentals of rational use of secondary collagen-containing raw materials in the meat industry: monograph. - Voronezh: Publishing house of VSTA, 2012. - 248 p.
2. Pattina M. V. Development of technology of cooked meat products using prefabricated collagen from pig skin: Extended abstract of PhD diss. (Engineering). - Kemerovo: Publishing house of KemTIFI, 2013. -22 p.
3. Titov E.I., Apraksina S.K., Mitaseva L.F. et al. Rational way of processing collagen-containing byproducts // Meat industry. - 2006. - N 9. - P. 28-30.
4. Antipova L.V., Do Le Hiu Nam. Investigation of the possibility of using proteolytic enzyme preparations in gelatin technology from new types of raw materials // Bulletin of the Voronezh state University of engineering technologies. - 2011. - N 3. - P. 12-17.
5. Tarasova I.V., Rebezov M.B., Perekhodova E.A. et al. Evaluation of quality indicators of semi-finished meat products with biomodified raw materials // Young scientist. -2014. - N 8. - P. 279-281.
6. Bazhenova B.A. Scientific justification and development of innovative technologies for yak and horse meat products of the Buryat ecotype: Extended abstract of Doct. diss. (Engineering). - Ulan-Ude: ESSUTM, 2014. - 32 p.
7. Vasilieva I.O. Prospects for using modified collagen in the production of meat products // Bulletin of the Russian state agrarian correspondence University. - 2011. - N 11 (16). - P. 63-66.
8. Strayer L. Biochemistry. Vol. 1: Transl. from English. - M.: Mir, 1984. - 232 p.
9. Kasparyants S.A. Regularities of the influence of associative and complex-forming properties of collagen on its state and effective use: Extended abstract of PhD diss. (Engineering). - M.: MINKH im. G.V. Plek-hanova, 1989. - 44 p.
10. AntipovaL.V., GlotovaI.A., RogovI.A. Methods of research of meat and meat products. - M.: Kolos, 2001. - 376 p.: Ill. (Textbooks and study guides for University students).
11. TitovE.I., ApraksinaS.K., LitvinovaE.V. Influence of biomodification on the properties of collagen-containing raw materials // Innovations and investments. - 2015. - N 6. - P. 196-199.
12. Danilov A.M., Bazhenova B.A., DanilovM.B. et al. Study of lysate activity to modify collagene raw materials to use in sausage mixture // Foods and Raw Materials. - 2018. - Vol. 6, N 2. - P. 256-263.
13. Danilov A.M. Obtaining an enzyme solution from beef whole rennet to modify the properties of the collagen-containing scar // International scientific journal Theory and practice of meat processing. - M.: FNC PS Publishing house Gorbatov A.V., 2017. - N 4. - P. 4-17.
