Модификация коллагенсодержащего сырья для применения его в производстве мясопродуктов Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

МОДИФИКАЦИЯ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО

СЫРЬЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЕГО в ПРОИЗВОДСТВЕ МЯСОПРОДУКТОВ

Будаева а. Е., Баженова Б. а., канд. техн. наук, данилов А. М.

ФГБОУ ВПО «Восточносибирский государственный университет технологий и управления»

ДМодификация коллагенсодержащих субпродуктов Удк 547.962.9:57

я¥Й яков путем кислотного гидролиза способствует ключевые слова

тендеризации сырья и возможности использования его жащие субпродукт

в составе мясопродуктов. кислотный гидрол

Введение

Эффективное развитие мясоперерабатывающей промышленности способствует снижению себестоимости продукции, которое связано, прежде всего, с рациональной переработкой белоксодержащих ресурсов на основе мало- и безотходных технологий. При первичной переработке скота и птицы массовая доля белоксодержащего сырья может составлять 9-21%. Из этих сырьевых ресурсов мякотные субпродукты (языки, печень, почки, мозги, сердце), имеющие высокую пищевую ценность, традиционно сложившиеся способы их технологической обработки и высокий потребительский спрос, достаточно успешно реализуются в виде полуфабрикатов, в составе широкого ассортимента колбасных изделий и консервов по сравнению с группой слизистых субпродуктов.

В связи с этим особое значение приобретает вопрос увеличения объемов использования слизистых субпродуктов, свиной шкурки и т.п. в колбасном производстве. Необходимость такого подхода также обусловлена тем, что слизистые субпродукты и вторичное белоксодержащее сырье на пищевые цели перерабатываются лишь на 60%, а другая часть направляется на откорм пушных зверей и производство сухих животных кормов [1].

Поэтому перспективным направлением снижения себестоимости и повышения объемов производства пищевых продуктов с высоким содержанием животного белка может быть включение в рецептуры мясных изделий слизистых субпродуктов.

Морфология субпродуктов основных сельскохозяйственных животных, химический и аминокислотный состав их, а также крови и кишечного сырья, биохимическая характеристика и пищевая ценность внутренних органов крупного рогатого скота и свиней детально описаны в работах [1-4].

Так, сравнительный анализ химического и аминокислотного состава субпродуктов крупного рогатого скота свидетельствует о высокой пищевой ценности и широких возможностях

77.122.2

а: коллагенсодеръ "ы, модификация, из, прочностные характеристики

технологического потенциала в случае использования их в производстве мясопродуктов с соблюдением принципов взаимобалансирования компонентов рецептуры.

Особо следует отметить наличие в сырых субпродуктах полного набора водорастворимых витаминов (В1, В2, РР, В6, пантотеновая кислота, биотин, фолиевая кислота, В12, С). В субпродуктах достаточно много минеральных веществ, особенно соединений К, Na, Са, Мд, Fе и Zn, которые участвуют во многих обменных процессах, в образовании буферных систем. Велика их роль в регулировании функционально-технологических свойств белкового компонента сырья, который в большей степени определяет пищевую и биологическую ценность продукта.

Большинство слизистых субпродуктов имеет относительно низкое содержание жира и много соединительной ткани, причем именно последнее обстоятельство обусловливает у большинства видов вторичного сырья пониженный уровень биологической ценности [4, 6].

Однако, опираясь на современные принципы математического моделирования, а также на обоснованный подход к выбору соотношения компонентов в рецептуре изделий можно получить мясопродукты со сбалансированным аминокислотным составом.

Значительное содержание коллагена в сырье, в свете требований теории адекватного питания, может выполнять весьма важную физиологическую роль - функцию пищевых волокон, регулирующих важные процессы в желудочно-кишечном тракте организма человека [7, 8].

Низкая эффективность использования слизистых субпродуктов на пищевые цели в основном зависит от специфичности химико-морфологического состава и необходимости применения различных технологиче-ских приемов, направленных как на облагораживание органолептических характеристик, так и модификацию функционально-технологических свойств, причем каждый вид сырья требует отдельного технологического подхода при выборе способа его обработки.

Учеными и практиками предлагаются различные способы технологической обработки субпродуктов: физические, химические и биотехнологические. Рубец, сычуги, желудки дезодорируют путём одно- или многократной варки в воде, в бульонах, растворах специй, в молоке и молочной сыворотке, в слабых растворах органических кислот (уксусная, аскорбиновая), перекиси водорода, улучшая одновременно структурно-механические и функционально-технологические свойства.

Анализ ассортимента изделий, вырабатываемых на основе или с частичным использованием субпродуктов, свидетельствует об их высоких потенциальных возможностях. Разработаны технологии использования субпродуктов при изготовлении ливерных колбас, паштетов, студней, холодца, зельцев, кровяных колбас, стерилизованных консервов [4, 5, 6, 7].

С развитием номадного животноводства и фермерских хозяйств в отдельных регионах особо остро встает проблема рационального использования субпродуктов. Результаты изучения вопроса переработки субпродуктов яка выявили их высокую пищевую ценность и отсутствие эффективных технологий переработки [9]. Целью данного этапа работы явилось обоснование и разработка способа тендеризации рубца яка для дальнейшего использования его в составе мясопродуктов.

Материалы и методы

Объектами исследований служили мякотные и слизистые субпродукты яков (печень, сердце, язык, почки, диафрагма, легкое, рубец, летошка, мясо голов).

Для тендеризации коллагенсодержащего сырья были выбраны растворы пищевых кислот: уксусной (ГОСТ Р 55982-2014), молочной (ГОСТ 490-2006) и лимонной (ГОСТ 908-2004).

В объектах исследования определяли влагосвязываю-щую способность (ВСС) - методом прессования, рН среды потенциометрически, усилие резания - на приборе Уорне-ра-Братцлера, аминокислотный состав белков методом ионообменной колоночной хроматографии на автоматическом аминокислотном анализаторе ААА-881, общее содержание влаги - высушиванием до постоянной массы, массовую долю белка - методом, основанным на минерализации пробы по Къельдалю, отгонки аммиака в раствор серной кислоты с последующим титрованием исследуемой пробы (ГОСТ 25011-81), массовую доля жира - методом Сокслета, основанным на многократной экстракции жира растворителем из подсушенной навески продукта с последующим удалением растворителя и на высушивании жира до постоянной массы. В качестве растворителя использовали петролейный эфир (ГОСТ 23042-86). Массовую долю золы определяли сжиганием навески. Массовую долю коллагена рассчитывали по количеству оксипролина (ГОСТ Р 50207-92) и пересчитывали на коллаген, умножая на коэффициент 8,07.

Результаты и их обсуждение

При убое и переработке яка остается много пищевых субпродуктов, результаты выхода которых представлены в таблице 1.

Табл. 1. Выход субпродуктов к живой массе скота

Вид животного Выход субпродуктов Рубец

кг % кг % кг % кг % кг %

КРС* 1,65 0,75 0,39 1,7 2,7

Як 2,74 1,39 1,17 0,51 0,64 0,32 2,01 1,01 7,59 3,69

*литературные данные

Данные таблицы 1 свидетельствуют о достаточно высоком выходе субпродуктов при убое и разделке яка, как и крупного рогатого скота. Следует отметить, что из мякотных субпродуктов наибольший выход установлен у печени, слизистых - у рубца.

Различные субпродукты, как можно видеть из таблицы 2, далеко неравноценны по своему составу.

Табл. 2. Химический состав субпродуктов яка

Массовая доля, % Содержание

Наименование влаги общего белка жира золы коллагена, % от общего белка

Печень 76,12±1,03 18,23±0,38 4,25±0,32 1,40±0,02 17,26±1,44

Сердце 75,13±1,92 19,20±1,25 4,53±0,28 1,14±0,45 18,35±1,53

Язык 73,08±2,13 17,03±1,34 8,54±0,34 1,35±0,50 22,37±1,46

Почки 74,08±2,24 17,75±0,97 6,53±0,43 1,64±0,38 19,93±1,35

Диафрагма 73,94±2,20 19,92±1,40 4,50±0,61 1,59±0,52 21,28±2,17

Легкое 75,02±2,45 18,97±0,41 4,20±0,31 1,81±0,42 34,32±1,25

Рубец 75,70±3,26 16,68±0,91 5,81±0,23 1,72±0,24 61,23±2,33

Летошка (книжка) 76,87±2,72 15,80 ±0,51 5,90±0,55 1,43±0,41 60,53±3,20

Мясо голов 72,83±1,81 18,73±0,73 7,12±0,61 1,32±0,52 24,52±2,11

Мякотные субпродукты отличаются высоким содержанием белка: 17-19%, содержание жира во всех субпродуктах колеблется от 4 до 5%, наибольшее его содержание установлено в языке - 8,5%.

Слизистые субпродукты, по сравнению с мякотными, имеют в своем составе меньше общего белка (15-18%), а доля коллагена в 2 -3 раза больше, чем в белках мякотных субпродуктов.

Аминокислотный состав субпродуктов яка представлен в таблице 3.

Данные таблицы показывают, что мякотные субпродукты яка по аминокислотному составу также сбалансированы, как и его мясо. В слизистых субпродуктах (рубец, легкие) лимитирующими аминокислотами являются триптофан, треонин, в рубце еще и валин, в легких - серусодержащие.

Анализ зависимости аминокислотного скора субпродуктов (табл. 3) от содержания в них соединительнотканного белка (табл.2) выявил, что при содержании коллагена менее 25% к общему белку, также как и в мясе, лимитирующих амино-

табл. 3. Аминокислотный состав субпродуктов яка

Аминокислоты, г/100 г белка Рубец Легкие Мясо голов Сердце Печень Мясо яка ФАО/ ВОЗ

Валин 4,91 5,42 4,94 5,5 6,8 5,1 5,0

Изолейцин 4,72 4,73 4,53 5,3 4,5 5,2 4,0

Лейцин 7,53 8,62 8,32 7,6 9,9 8,1 7,0

Лизин 7,90 7,14 6,35 8,2 7,1 7,5 5,5

Метионин +цистин 3,63 2,93 3,50 3,6 4,5 4,6 3,5

Треонин 3,64 3,15 4,26 4,3 5,1 5,3 4,2

Триптофан 0,93 0,76 1,13 1,2 1,1 1,3 1,0

Фенилаланин +тирозин 6,55 6,84 6,02 6,0 9,3 6,7 6,0

Сумма незаменимых 38,81 38,89 38,65 41,2 48,4 43,70 36,0

аминокислот

аспарагино-вая кислота 8,81 8,12 8,21 7,2 8,1 9,6

серин 5,71 5,45 3,71 5,2 4,2 3,9

глутаминовая кислота 9,11 11,14 13,45 15,2 12,9 16,3

пролин 7,99 8,29 7,87 5,4 4,7 4,5

глицин 8,98 8,45 9,03 6,6 5,1 4,8

аланин 6,47 4,65 6,40 6,2 5,4 5,5

гистидин 4,94 4,76 3,35 4,8 3,3 3,9

аргинин 9,18 10,25 9,29 8,2 7,9 7,8

Сумма заменимых 61,19 61,11 61,35 55,2 51,6 56,30

аминокислот

и и м

жанием в них коллагена (табл. 2), который в нативном состоянии имеет плохую растворимость и низкую набухаемость (г=0,92).

Способность связывать влагу оказывает влияние на усилие резания субпродуктов яка (рис. 2).

£

Т п гз

Ы 1 I I

£3 1

/ у- и 1 § 1 1

1 1 1 1

1

и и г

Рис. 2. Усилие резания субпродуктов яка

кислот нет. Повышение содержания коллагена более 25% в субпродуктах приводит к лимитированию незаменимых аминокислот. Поэтому для обеспечения высокой биологической ценности продукта из коллагенсодержащих субпродуктов яка необходимо взаимобалансирование компонентов рецептур изделий.

Исследования основного технологического показателя сырья - влагосвязывающей способности субпродуктов, представленные на рисунке 1, однозначно указывают на её более низкое значение (50-60%), по сравнению с мышечной тканью яка.

ВСС мякотных субпродуктов выше, чем слизистых и сопоставима с данным показателем мяса яка. Среди мякотных субпродуктов печень характеризуется высокой ВСС. Низкая ВСС слизистых субпродуктов коррелирует с высоким содер-

Рис. 1. Влагосвязывающая способность субпродуктов яка

Анализ данных, представленных на рисунке 2, показал зависимость усилия резания сырья от наличия в его составе соединительной ткани. По сравнению с ячиной наибольшим усилием резания обладают субпродукты с высоким содержанием коллагена. Так, усилие резания составило, Н/м: в рубце - 6,7*102, в летошке - 6,65*102, в легких - 5,80*102 и в мясе голов - 5,23*102. В печени, сердце, языке и почках усилие резания было значительно ниже и составило 4,21-4,72*102 Н/м, что сопоставимо с аналогичным показателем в созревшей мышечной ткани яка (3,9*102 Н/м). Высокое значение усилия резания в коллагенсодержащем сырье и специфические органолептические свойства указывают на необходимость проведения специальной технологической обработки для получения продукта с высокими потребительскими характеристиками.

С целью дезодорации, обеззараживания и размягчения рубца яка, который имеет наибольший выход по сравнению с остальными субпродуктами, была предусмотрена его тен-деризация. Более перспективным методом тендеризации, на наш взгляд, является химический, а именно, кислотная обработка, как более простая и менее продолжительная по сравнению с известными способами модификации колла-генсодержащего сырья. В отличие от щелочного, обработка в растворах кислот позволяет избежать появления дефекта органолептических свойств, связанного с омылением жиров в сырье.

На основе всестороннего анализа способов технологической обработки коллагенсодержащего сырья растворами с регулируемым рН и их экономической целесообразности, были выбраны, из разрешенных к применению в пищевой промышленности растворы уксусной, молочной и лимонной кислот.

Известно, что способность коллагена к набуханию возрастает с увеличением интервала между величинами изо-электрической точки и рН среды. Для коллагена изоэлект-рическая точка находится в пределах 6,36-6,75, поэтому

величину рН растворов кислот изменяли от 1,0 до 5,0. Для обоснования выбора вида кислоты были выявлены рН растворов кислот разной концентрации (табл. 4).

Данные, представленные в таблице 4 показывают, что рН уксусной кислоты при равных значениях концентраций, выше по сравнению с рН лимонной и молочной кислот. Учитывая дальнейшее использование тендеризованного рубца в рецептуре измельченных мясопродуктов, для которых нежелательно значительное снижение рН, была выбрана более дешевая уксусная кислота.

Степень тендеризации рубца контролировали по усилию резания, которое определяли через каждые 30 минут в течение 180 минут выдержки сырья с массой 0,5-0,9 кг в трехкратном объеме раствора уксусной кислоты при температуре 22-25 0С.

Были определены интервалы и шаг изменяемых параметров: концентрация уксусной кислоты 0-5% (х1), продолжительность выдержки 0-180 минут (х2). На рисунке 3 представлена поверхность, отражающая зависимость уси-

Рис. 3. Изменение усилия резания рубца в растворе уксусной

кислоты

лия резания (у) от варьируемых параметров.

Уравнение, описывающее характер изменения усилия

резания рубца, имеет следующий вид:

у = 5,6 - 0,02х1 - 0,27х2 + 0,0002х12 - 0,006х1х2 + 0,04х22 Исследования динамики усилия резания сырого рубца, выдержанного в растворах уксусной кислоты, показали размягчение коллагенсодержащего сырья. С повышением концентрации кислоты увеличивается тендеризующий эффект. Известно, что в кислой среде в структуре коллагена, основного белка рубца, формируется избыточный положительный заряд вследствие подавления диссоциации карбоксильных групп боковых цепей. Структура коллагена разрыхляется за счет расширения фибрилл в полярных областях из-за отталкивания одноименно заряженных групп. В расширенные области поступает вода и происходит набухание. Кроме того, сдвиг рН среды от изоэлектрической точки коллагена (рН 6,5) увеличивает число ионизированных групп и гидратацию белка. Повышенное набухание коллагенсодержащих тканей в кислой среде способствует ослаблению и частичному разрушению солевых и водородных связей, удерживающих полипептидные цепи в структуре коллагена.

После выдержки рубца в растворе уксусной кислоты образцы варили в течение 60 минут и проводили органолепти-ческую оценку (табл. 5).

Табл. 5. Органолептические показатели вареного рубца яка, выдержанного в растворе уксусной киcлоты

1 мин Органо- Концентрация раствора уксусной кислоты, %

лептические показатели 1 2 3 4 5

Цвет серый сероватый сероватый сероватый сероватый

60 Консис-тенция жесткая жесткая жестковатая жестковатая жестковатая

Вкус с привкусом безвкусный безвкусный безвкусный кисловатый

Цвет сероватый сероватый белый белый белый

120 Консистенция жесткая жестковатая мягкая мягкая мягкая

Вкус безвкусный безвкусный безвкусный кисловатый кислый

Цвет сероватый белый белый белый белый

180 Консис-тенция жесткая мягкая мягкая мягкая мягкая

Вкус безвкусный безвкусный кисловатый кислый кислый

Данные органолептического анализа тендеризованного вареного рубца яка показали, что после выдержки рубца в растворах кислоты с концентрацией более 4% при всех исследуемых параметрах времени даже при тщательном промывании сырья под проточной водой в течение 5-10 минут остается ощутимый кислый вкус. Исследованиями установлено, что концентрация раствора уксусной кислоты не превышающая 3% обеспечивает достаточную степень тендери-зации сырья и приемлемые органолептические свойства.

На основании полученных данных приняты оптимальные параметры тендеризации рубца: концентрация раствора уксусной кислоты 3%, продолжительность выдержки рубца в растворе 120 минут.

После выдержки рубца в кислотном растворе определяли оптимальные параметры его тепловой обработки. Об-

Табл. 4. Величины рН растворов кислот разной концентрации

Кислота Концентрация, % Концентрация, моль/л рН рК

Молочная (молярная масса 90,08 г/моль) 1,0 0,11 2,41

2,0 0,22 2,26

3,0 0,33 2,17 1,38*10-4

4,0 0,44 2,10

5,0 0,55 2,06

Уксусная (молярная масса 60,0 г/моль) 1,0 0,17 2,76

2,0 0,34 2,60

3,0 0,50 2,52 0,18*10-4

4,0 0,67 2,46

5,0 0,83 2,41

Лимонная (молярная масса 192,1г/моль) 1,0 0,05 2,19

2,0 0,10 2,03

3,0 0,15 1,94 8,4*10-4

4,0 0,21 1,88

5,0 0,26 1,83

разцы рубца после тендеризации промывали и подвергали термической обработке.

Для выбора греющей среды варку проводили в воде и в растворе поваренной соли. Концентрация соли составляла 3% и обеспечивала конечное содержание хлорида натрия в рубце не более 3%.

Рубец варили в течение 120 минут при температуре 90-95 °С, степень жесткости образцов определяли через каждые 20 минут термической обработки (рис. 4).

Отделение рубца Промывка Измельчение

яка, освобождение от -► проточной -► на куски массой

содержимого, чистка водой 0,5-0,9 кг

£

Приготовление 3 % раствора ь Выдержка в растворе уксусной кислоты 1:3 в течение 120 мин

уксусной кислоты г

Промывка проточной водой 5-10 мин

Варка в растворе 3 % соли при температуре 90-95°С в течение 60 мин

Контроль качества

Охлаждение (при 0...ГС до температуры в толще продукта 0...4'С)

Рис. 4. Изменение усилия резания рубца в зависимости от продолжительности варки в воде и растворе №□

Показано, что тепловая обработка усиливает эффект тендеризации рубца, причем наиболее интенсивно первые 60 минут. Выявили, что греющая среда оказывает влияние на характер изменения свойств сырья при тепловой обработке. Так, воздействие хлорида натрия, по сравнению с водой, способствует размягчению рубца и понижению гидротермической устойчивости коллагена. После 60 минут варки скорость изменения величины усилия резания рубца уменьшается. Таким образом, оптимальным условием является варка в растворе поваренной соли в течение 60 минут.

Результаты исследований позволили разработать технологическую схему предварительной подготовки рубца для дальнейшего его использования в производстве колбас-полуфабрикатов (рис. 5).

Рубец яка, обработанный по данной технологии, имеет белый цвет, мягкую консистенцию, без постороннего вкуса и запаха, рН вареного рубца составила 5,75.

Рис. 5. Технологическая схема тендеризации рубца яка

Анализ химического состава вареного рубца (табл. 6) свидетельствует о том, что во время кислотной тендериза-ции и последующей варки происходит водопоглощение, что приводит к увеличению массовой доли влаги и, как следствие, относительному снижению белка и жира.

Табл. 6. Микробиологические показатели вареного рубца яка

Образец Массовая доля, %

влаги белка жира золы

Сырой рубец 75,7±3,2 15,9±0,9 5,8±0,2 1,7±0,2

Вареный тенде-ризованный рубец 79,9±2,9 13,8±1,1 4,7±0,3 1,6±0,3

Таким образом, в результате проведенных исследований разработана технология химической модификации кол-лагенсодержащего субпродукта яка - рубца для дальнейшего использования в составе мясопродуктов.

КОНТАКТЫ: Будаева Анна Евгеньевна Баженова Баяна Анатольевна Данилов Андрей Михайлович

+7 (301) 241ъ72ъ18

список ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Жаринов А.И. Основы современных технологий переработки мяса. Ч.1: Эмульгированные и грубоизмельченные мясопродукты. М., 1994. 295 с.

2. Физико-химические и биохимические основы технологии мяса и мясопродуктов / под ред. В.М. Горбатова. М.: Пищ. пром-ть, 1973. 495 с.

3. Химический состав российских пищевых продуктов: Справочник / под ред. И.М. Скурихина, В.А. Тутельяна. - М.: ДеЛи принт, 2002. 236 с.

4. Глотова И.А. Развитие научных и практических основ рационального использования коллагенсодержащих ресурсов в получении функциональных добавок, продуктов и пищевых покрытий: автореф. дисс....докт. техн. наук. Воронеж, 2003. 44 с.

5. Баженова Б.А., Бальжинимаева С.К. Разработка технологии паштета из печени яка. Мат. Всерос. науч.-практ. конф. «Инновации в пищевой промышленности: образование, наука, производство». Благовещенск, 2014. С.9-11.

6. Баженова Б.А. Научное обоснование и разработка инновационных технологий продуктов из мяса яков и лошадей бурятского экотипа: автореф. дис. ... докт. техн. наук: ВСГУТУ. Улан-Удэ, 2014. 43 с.

7. Салаватулина Р.М. Рациональное использование сырья в колбасном производстве / 2-е изд. С.-Пб.: Изд-во ГИОРД, 2005. 248 с.

8. Ванштейн С.Г., Масик А.М. Пищевые волокна и усвояемость нутриентов / Вопросы питания, 1984. №3. С. 6-12.

9. Будаева А.Е., Баженова Б.А., Мадагаев Ф.А. Пищевая ценность субпродуктов яка / Вестник ВСГУТУ, 2012. № 2. С.74-78.