CC BY
65
УДК[637.344.8-45:547.458.2-128.2]-026.744:637.5
Комплексообразование концентрата сывороточных белков молока
с анионными полисахаридами
В. В. Куликова, канд. техн. наук, доцент, Л. И. Барыбина, канд. техн. наук, доцент, Н. П. Оботурова, канд. техн. наук, доцент Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь В. А. Дацко
ООО «ПТИ-НН», г. Нижний Новгород
Использование эмульсий - один из инструментов управления качеством и повышения рентабельности продукции в мясоперерабатывающем производстве. Накопленный к настоящему времени практический опыт связан с приготовлением и включением эмульсий в состав фар-шевых композиций вареных колбас. Применение эмульсий может стать одним из интересных направлений в решении проблемы повышения стабильности свойств замороженных рубленых полуфабрикатов, продолжительность хранения которых в основном ограничена окислительными изменениями липидной фракции. Замена жирового сырья в рецептурах полуфабрикатов эмульсией затрудняет непосредственный контакт частиц жира с кислородом воздуха и гемовыми компонентами мышечной ткани за счет образования на поверхности жировых капель препятствующего коалесцен-ции гелеобразного структурированного слоя молекул эмульгатора, обладающего повышенной вязкостью и прочностью.
В качестве белкового компонента таких эмульсий наиболее подходят белки подсырной сыворотки молока. По пищевой ценности они не уступают мышечным белкам, но, имея глобулярную природу, более устойчивы к низким температурам, чем основные миофибриллярные белки мяса, которые очень лабильны и подвержены денатурации и агрегированию. Как и другие альбумины, концентраты белков подсырной сыворотки способны хорошо эмульгировать жир и, кроме того, образуют термо-тропные гели [1].
При низкотемпературном хранении рост кристаллов льда в эмульсиях прямого типа приводит к сжатию и разрыву структурированной геле-вой оболочки. В этой связи коалес-ценции эффективно противостоят только те эмульсии, в которых жировые капли окружены более объемной и достаточно прочной стабилизирующей адсорбционной пленкой. В ее формировании могут принимать участие не только белки, но и гидроколлоиды полисахаридного происхождения, способные прояв-
лять эффект криостабилизации. Полисахариды препятствуют росту крупных кристаллов льда, но при этом, в отличие от хлорида натрия и других низкомолекулярных веществ, не изменяют криоскопическую температуру продукта [2].
В производстве мясопродуктов полисахариды (камеди, крахмал, пектин, каррагинаны, альгинат, ксан-тан) и их производные (модифицированные крахмалы, карбоксиме-тилцеллюлозу и др.) используют как гелеобразователи, загустители, во-досвязывающие агенты для изменения функционально-технологических свойств фаршевых систем [3]. Из перечисленных гидроколлоидов для получения стабильных к коалесцен-ции и окислению эмульсий более всего подходит пектин, получаемый из недефицитного сырья. Пектин способен не только образовывать гели и выступать в качестве стабилизатора эмульсий, но и в отсутствии эмульгатора сам проявляет эмульгирующие свойства, поскольку может образовывать мембраны вокруг жировых шариков за счет гидрофобных участков молекулы [4].
Пектин представляет собой гетеро-полисахарид, в котором элементарным звеном являются в разной степени метоксилированные (этерифици-рованные метиловым спиртом) остатки й-галактуроновой кислоты. Молекулярная цепь пектина несет отрицательный заряд при нейтральной величине рН, что позволяет отнести его к анионным полисахаридам.
Для использования в мясоперерабатывающем производстве наиболее подходят низкоэтерифицирован-ные пектины, в которых менее чем в 50 % карбоксильных групп -СООН атом водорода замещен на группу -ОСН3. Низкоэтерифицированные пектины образуют гели в широком диапазоне рН в присутствии каль-
ция, связывающего карбоксильные группы двух макромолекул пектиновой кислоты (рис. 1, а). Пектины с низкой степенью метоксилирования отличаются большим количеством свободных отрицательно заряженных карбоксильных групп, следовательно, большей линейной плотностью заряда молекул, от которой зависят сила и способ связи катионов кальция.
При снижении степени этерифика-ции ниже 40 % происходит изменение конформации макромолекулы пектина с заменой внутримолекулярной электростатической связи ионов металла на более прочную внутримолекулярную хелатную связь, в образовании которой принимают участие не только карбоксильные, но и гидроксильные группы галактуроновой кислоты (рис. 1, б) [5]. Образование хелатных связей упрочняет структуру ионнотропного геля, что сказывается на повышении агрегативной устойчивости эмульсий, стабилизированных пектином.
Нами исследована эмульгирующая способность семи образцов яблочных и цитрусовых пектинов двух торговых марок «СР Ке1со» (Дания) и «Andre Pectin» (Китай) с уровнем метоксилирования 31-72 %. Установлено, что наиболее эффективно эмульгировали жир низкоэтерифициро-ванные пектины, которые обеспечивали практически полное связывание масла в эмульсию при концентрации жировой фазы в системе вплоть до 70 %. С повышением степени этерификации пектинов с 58 до 72 % их эмульгирующая способность снижается на 28-30 %. При близких значениях рН и уровня ме-токсилирования эмульгирующая способность цитрусовых пектинов ниже, чем яблочных. Визуальная оценка эмульсий, хранившихся в течение суток при температуре 0...4 °C, показала, что их состояние в образцах с низкоэтерифицирован-ными пектинами осталось неизменным, а при использовании пектина со степенью метоксилирования выше 52 % в эмульсиях наблюдалось разрыхление структуры.
Стабильность концентрированных жировых эмульсий может быть повышена за счет упрочнения структурно-механических свойств межфазных слоев в результате образования комплексных гелей, инкапсулирующих частицы дисперсной фазы. Этот эффект обеспечивает комплексообразование белков с анионными полисахаридами, которое объясняют гидрофобным взаимодействием, образованием водородных связей, а также взаимодей-
ствием положительно заряженных групп на поверхности белковых глобул с отрицательно заряженными карбоксильными группами полисахаридов [4].
Анализ полученных нами экспериментальных данных убедительно свидетельствует о том, что в присутствии низкоэтерифицированного пектина эмульгирующая способность концентрата сывороточных белков молока, полученного методом ультрафильтрации (КСБ-УФ), возрастает в 4 раза, при этом значительно повышается стабильность дисперсной системы.
Сравнительная оценка диаграмм стабильности эмульсий (рис. 2) дает основание считать, что в эмульсиях с комплексом КСБ-УФ - пектин в интервале содержания жировой фазы от 10 до 70 % отделения жира в эмульсии не происходило (доля эмульсии составляла 93-97 %), при этом почти вся водная фаза также связана в эмульсию. В эмульсиях с одним эмульгатором КСБ-УФ жир отделялся во всем интервале изменения жировой фазы, и доля эмульсии не превышала 70 %.
При визуальной оценке стойкости эмульсии с комплексом белок - анионный полисахарид после хранения в течение суток в охлажденном состоянии изменения плотности, отделения жира и расслоения не отмечали. Структура таких эмульсий более плотная и однородная по сравнению с эмульсиями, стабилизированными только сывороточным белком или только пектином.
Для оценки влияния низкотемпературной обработки эмульсии подвергали замораживанию при -18 °С, затем их хранили в течение суток при этой температуре и размораживали в естественных условиях.
Согласно полученным данным кристаллообразование и последующее размораживание влияют на свойства эмульгированых систем. В эмульсиях, стабилизированных комплексом КСБ-УФ - пектин, визуально отмечали сохранение структуры на уровне, более близком к исходному до замораживания по сравнению с эмульсиями, стабилизированными только сывороточным белком. В пробирках с максимальным количеством эмульсии 90-95 % после размораживания отделялось менее 10 % жира.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что комплексообразование сывороточных белков молока с низкометоксилиро-ванным пектином приводит к повышению устойчивости эмульсий при низкотемпературной обработке [6, 7].
В производстве рубленых полуфабрикатов необходимо получение плотной структуры жировой эмульсии, имитирующей по консистенции мясные фарши. Учитывая, что высококонцентрированные эмульсии по своим свойствам сходны со структурированными коллоидными системами, для решения этой задачи воспользовались известным синергети-ческим эффектом при применении пектина и альгината натрия в качестве гелеобразователей. Эти гидро-
коллоиды имеют сходный механизм ионотропного образования и упрочнения структуры геля при формировании хелатных комплексов в присутствии катионов кальция. Однако альгинат, в отличие от пектина, образует термонеобратимые гели, уплотняющиеся при охлаждении и отличающиеся высокой стабильностью при многократном замораживании, что позволяет использовать его в качестве криопротектора в технологии производства замороженных полуфабрикатов. Недостатки альгинат-ных гелей - «хрупкость» и частичный синерезис, которые нивелируются при совместном применении альгината и пектина. Смесь этих гидроколлоидов проявляет кальцийин-дуцированное гелеобразование с образованием прочных и эластичных гелей в присутствии ретардаторов -буферных солей (например, пищевых фосфатов), которые выступают в качестве секвестрантов катионов кальция и тем самым обеспечивают наиболее полное растворение и высокий уровень гидратации гелеобра-зователей. Использование медленно растворимых солей кальция и буферных солей позволяет регулировать скорость гелеобразования, исключает вероятность преждевременного желирования и получения хрупких гелей, что может привести к нарушению структуры эмульсии
при выгрузке ее из кут-тера.
На основании результатов проведенных нами исследований особенностей гелеобра-зования растворов пектина и альгината натрия с учетом таких факторов, как уровень гидратации, температура, доза вносимого кальция и ретардаторов, определено оптимальное соотношение указанных гидроколлоидов, сульфата кальция (Е 516) и фосфатов (Е450,451) для приготовления функциональной смеси, позволяющей получать плотные и эластичные гели как в холодном, так и в горячем виде. Приготовленные холодным способом жировые эмульсии с альгинат-пектиновой смесью имели плотную однородную структуру, которая упрочнялась при созревании в течение 6-8 ч в камере с температурой 0...4 °С. Эмульсию с соотношением альгинатно-пектиновая смесь: шпик свиной боковой:вода, равном 1:10:15, можно измельчать на волчке и получать немажущиеся гранулы, имитирующие по консистенции мясной фарш.
Включение в состав функциональной смеси, наряду с анионными полисахаридами, КСБ-УФ обеспечивает не только получение плотной, равномерной, однородной и эластичной структуры жировой эмульсии (рис. 3), но и в 2,5 раза снижает потери при тепловой обработке. При нагревании до 70 °С охлажденных эмульсий и эмульсий, дефростиро-ванных после замораживания при температуре -18 °С, потери влаги и жира не превышали соответственно 1,5 и 2,3 %. Эмульсии сохраняли форму, не расслаивались и имели прочностные характеристики, близкие к исходным.
Таким образом, полученные результаты дают основание считать, что использование многокомпонентной функциональной смеси позволяет повысить стабильность жировых эмульсий не только к тепловой, но и к низкотемпературной обработке. Полагаем, что введение в состав фаршей быстрозамороженных рубленых полуфабрикатов предварительно измельченных жировых эмульсий, стабилизированных комп-
лексом КСБ-УФ - анионные полисахариды, приведет к повышению функционально-технологических свойств, снижению показателя активности воды, торможению окислительных процессов и сохранению на высоком уровне их качественных характеристик в процессе длительного хранения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Жаринов, А.И. Основы современных технологий переработки мяса. Краткий курс. Ч. 1. Эмульгированные и грубоизмельченные про-дукты/А.И. Жаринов, О.Н. Кузнецова, Н.А. Черкашина.- М.: ИТАР-ТАСС, 1994. - 153 с.
2. Рогов, И.А. Химия пищи.Прин-ципы формирования качества мясо-продуктов/И.А. Рогов, А.И. Жаринов, М.П. Воякин. - СПб.: Издательство РАПП, 2008. - 340 с.
3. Нелепов, Ю.Н. Функциональные свойства структурообразователей, применяемых в технологии мясо-продуктов/Ю.Н. Нелепов. - Волгоград: ВолГУ, 2000. - 179 с.
4. Толстогузов, В.Б. Новые формы белковой пищи (Технологические проблемы и перспективы производ-ства)/В.Б. Толстогузов. - М.: Агро-промиздат, 1987. - 303 с.
5. Донченко, Л.В. Пектин: основные свойства, производство и при-менение/Л.В. Донченко, Г.Г. Фир-сов//Пищевая промышленность. -1992. - № 4.
6. Куликова, В.В. Повышение стабильности свойств реструктурированных полуфабрикатов введением белковых концентратов и полисаха-ридов/В.В. Куликова, О.Н. Кожевни-кова//Материалы межд. науч.-прак-тич. конф. «Научные основы и практическая реализация технологии получения и применения натуральных структурообразователей». -Краснодар: КГТУ, 2002.
7. Барыбина, Л.И. Изучение влияния комплексообразования сывороточный белок молока - анионный полисахарид (пектин) на свойства белково-жировых эмульсий/Л.И. Барыбина, В.В. Куликова, Е.В. Оботу-рова, Н.В. Смолко//Материалы 2-й межд. конф. «Инновационные разработки молодых ученых - развитию агропромышленного комплекса». -Ставрополь: ГНУ СНИИЖК, 2013. - Т. 3. - Вып. 6. - 476 с.
8. Новые технологии сыров из козьего молока/О.А. Суюнчев [и др.]// Сб. науч. тр. Ставропольского научно-исследовательского института животноводства и кормопроизводства. - Ставрополь: ГНУ СНИИЖС, 2007. - Т. 2. - № 2. - С. 73-75.
Комплексообразование концентрата сывороточных белков молока с анионными полисахаридами
Ключевые слова
жировая эмульсия; стабилизация; концентрат белков подсырной сыворотки; комплексообразование; анионный полисахарид; пектин; альгинат натрия.
Реферат
Авторами предложен способ получения жировой эмульсии с плотной структурой, которая после измельчения на волчке имитирует по консистенции мясной фарш. Основанием для разработки этого способа послужили результаты проведенных исследований эмульгирующей способности концентрата белков подсырной сыворотки, полученного методом ультрафильтрации, яблочных и цитрусовых пектинов с разной степенью этерификации. Приведенные в статье экспериментальные данные свидетельствуют о том, что стабильность концентрированных эмульсий значительно повышается в результате образования комплексных гелей, инкапсулирующих жировые частицы. Этот эффект дает комплексообразование сывороточных белков с анионным поли-сахаридным пектином, причем он усиливается в присутствии альгината.
Результаты, полученные при изучении особенностей ионнотроп-ного образования гелей указанными гидроколлоидами растительного происхождения, позволили определить оптимальные соотношения полисахаридов, белкового концентрата, сульфата кальция и буферных солей в функциональной смеси, которая рекомендуется для приготовления жировой эмульсии. Структура эмульсии, стабилизированной этой смесью, упрочняется при созревании, сохраняет форму, не расслаивается, устойчива к нагреванию до 70 °С и замораживанию.
Авторы
Куликова Валентина Васильевна, канд. техн. наук, доцент, Барыбина Людмила Ивановна, канд. техн. наук, доцент, Оботурова Наталья Павловна, канд. техн. наук, доцент, Северо-Кавказский федеральный университет, 355003, г. Ставрополь, ул. Пушкина, д. 1, корп. 3, Valentinakulikova47@mail.ru, Дацко Виктория Александровна,
ООО «ПТИ-НН», 301005, г. Нижний Новгород, ул. Геологов, д. 1, v-datsko@mail.ru
Complexation of Milk Whey Protein Concentrate with Anionic Polysaccharides
Key words
fat emulsion; concentrate protein whey; complexation; anionic polysaccharide; stabilization; pectin; sodium alginate.
Abstracts
The authors propose a method for producing a fat emulsion with dense structure, which after grinding on the gyroscope mimics the consistency of ground beef. The reason for this development process provided by the results of studies emulsifying ability whey protein concentrate, obtained by ultrafiltration of apple and citrus pectins with different degrees of esterification.
Article listed in the experimental data indicate that the stability of concentrated emulsions is considerably increased as a result of complex formation of gel encapsulating the fat particles. This effect gives complexing whey protein with anionic polysaccharide pectin, and it is amplified in the presence of alginate. The results obtained in studying the formation of gels ionicly-tropic features mentioned hydrocolloids of plant origin, have allowed to determine the optimal ratio of polysaccharide, protein concentrate, calcium sulfate and buffer salts in the functional mixture, which is recommended for the preparation of fat emulsions. The structure of the stabilized emulsion of the mixture is hardened at maturation, retains its shape, does not stratify, and resistant to heating up to 70 ° C and frozen.
Authors
Kulikova Valentina Vasilyevna, Candidate of Technical Science, Docent, Barybina Lyudmila Ivanovna, Candidate of Technical Science, Docent, Oboturova Natalya Pavlovna, Candidate of Technical Science, Docent,
The North-Caucasus Federal University, 1, bldg. 3, Pushkina St., Stavropol, 355003, Valentinakulikova47@mail.ru, Datsko Viktoria Alexandrovna,
LLC «PTI-NN», 1, Geologov St., Nizhny Novgorod, 301005, v-datsko@mail.ru
Агропромышленный форум в Якутии
В декабре в Якутске прошел первый Агропромышленный инвестиционный форум.
13 декабря состоялся круглый стол «Совершенствование продвижения в регионе продукции, произведенной местными сельскохозяйственными и перерабатывающими предприятиями».
В рамках круглого стола руководитель отдела продаж Новосибирского представительства «ТАУРАС-ФЕНИКС» Роман Вегнер выступил с презентацией фасовочного и упаковочного оборудования для пищевой и перерабатывающей промышленности. Компания «ТАУРАС-ФЕНИКС» предложила горизонтальную упаковочную машину SBB-800, безусловное преимущество которой -создание герметичной упаковки со средой защитных газов (модифицированной атмосфере - «МАР»). В модифицированной газовой среде увеличивается срок хранения про-
дукта, ограничивается применение добавок.
Главный вопрос аудитории касался упаковки пастообразной, жидкой продукции. Наибольшая потребность населения - в гибкой, легкой и в то же время прочной таре, удобной для транспортировки. Это связано с тем, что в Якутии около 40 % населения занимается оленеводством и охотой, следовательно, нуждается в удобстве при открывании упаковки; содержимое самой упаковки должно храниться дольше и надежнее, в том числе при уже вскрытой таре. Оптимальный вариант для упаковки сметаны, сгущенного молока, горчицы, меда, сахара, джема и т. п. - пакет типа doy-pack, которые изготавливают из прочной полимерной пленки, они имеют плоское дно, бывают с крышкой или zip-застежкой. Легкость упаковки позволяет существенно уменьшить затраты на
транспортную логистику, возрастающие при транспортировке пластиковой или стеклянной упаковки. Помимо этого, тара типа doy-pack отличается устойчивостью к механическим воздействиям. Например, если стеклянная тара может разбиться, то doy-pack- нет. Производятся пакеты doy-pack на машинах «Пастпак ВК» и автомате Doy-Pack. Производители небольших производств и крестьянско-фермерских хозяйств заинтересовались розливом молока в пакет doy-pack.
Жители республики стараются употреблять натуральные молочные продукты, поэтому фермерские хозяйства постоянно расширяют поголовье скота. Фермеры, заботясь о качестве своей продукции, уже сегодня готовы покупать упаковочное оборудование высочайшего уровня, такие как линия розлива 3000 и линия розлива 6000.
