CC BY
111
ТЕМА НОМЕРА
УДК 637.5.07
Перспективы использования продуктов переработки птицы
в технологии мясных продуктов
Часть I
И.А. Рогов, д-р техн. наук, профессор, академик РАСХН, И.В. Глазкова, канд. техн. наук, доцент, Л.В. Митасева, канд. техн. наук, В.Н. Леонова, С.В. Колотвина
Московский государственный университет пищевых производств
В настоящее время население России испытывает дефицит белка, потребляемого с пищей. Мясо - ценнейший источник белка - относится к числу наиболее трудновоспроизво-димых и дорогостоящих видов продовольственного сырья.
В связи с тем, что в ближайшей перспективе ожидать, что дефицит будет восполнен, не приходится, в подобной ситуации видятся два возможных решения: увеличение замены мясного сырья пищевыми добав-
Животный белок может быть получен из птицеводческого сырья, которое имеет полноценный аминокислотный состав, богато эссенциальными жирными кислотами.
ками или повышение кондиционности имеющегося и более полное его использование. Неликвидное малоценное сырье, как правило, различно по структуре, обладает специфическими свойствами, поэтому необходимо в каждом конкретном случае разрабатывать технологические решения, позволяющие использовать его при производстве мясопродуктов без ущерба качества последних.
В последние десятилетия в мясной промышленности России при снижении объемов производства мяса сельскохозяйственных животных происходит устойчивое и стабильное увеличение прироста мяса птицы. В то же время, по данным экспертных оценок, птицеперерабатывающая промышленность лидирует по количеству биологических отходов, служащих источником полноценного животного белка. При переработке птицы наряду с наиболее ценными частями получают и части
Ключевые слова: белковые гидро-лизаты; ферментные препараты; функциональный мясной протеин; вторичное сырье.
Key words: protein hydrolysates; ferment preparations; functional meat protein; secondary raw material of poultry industry.
со значительно меньшим содержанием мышечной ткани - каркасы, крылья и шеи. Кроме того, при выделении кускового мяса часть мышечной ткани (35 - 40 % от массы костей) остается на костях. В зависимости от типа животного сырья полноценный белок может составлять 15-20 % от потенциально извлекаемого белка отходов. Нерациональное использование белковых ресурсов недопустимо.
Еще одна проблема - обеспечение рациональной переработки тощих тушек, так как реализации они не подлежат, а также тушек петухов. Поскольку ручная обвалка такого сырья достаточно сложна и трудоемка, а для некоторых частей (например, шеи птицы) практически невозможна, в 60-х годах в США были созданы установки механической обвалки. Высокая технологичность, значительное содержание в мясе механической обвалки белка, а также низкая стоимость сделали данный вид сырья продуктом повышенного спроса в России.
Повышение рыночных цен на мясное сырье привело к развитию производства ингредиентов, заменяющих мясо. Внедрение инновационных технологий производства таких ингредиентов необходимо для продвижения на рынок отечественных добавок, вырабатываемых из вторичного сырья мясной и молочной отраслей. Введение в мясной фарш белковых полноценных по аминокислотному составу препара-
тов животного происхождения можно рассматривать как один из способов получения мясных продуктов с регулируемыми свойствами.
Применение животного белка в технологии мясных продуктов определяется функционально-технологическими свойствами, позволяющими частично компенсировать ряд дефектов в определенных группах мясного сырья, улучшению потребительских свойств готового продукта, способствует увеличению выхода и соответственно снижению себестоимости.
Животный белок может быть получен из птицеводческого сырья, которое имеет полноценный аминокислотный состав, богато эссенци-альными жирными кислотами и имеет тенденцию к быстрому воспроизводству. При этом доля вторичных продуктов составляет около 50 % от перерабатываемой птицы.
Наибольшего внимания
заслуживают побочные продукты, получаемые при разделке и обвалке потрошеных тушек, содержание прирези на которых доходит до 40 %. При выработке мяса птицы около 20 % составляют мясокостные субпродукты, в которых после ручной и механической обвалки тушек птицы содержится 15-24 % белка, почти столько же, сколько и в мясе, но этот белок труднодоступен для переваримости ферментами желудочно-кишечного тракта. По сложившейся традиции, обусловленной трудностями обработки и механической обвалки, их или реализуют в необработанном виде, или используют для изготовления ординарных полуфабрикатов и сухих кормов, а незначительную часть - для производства пищевых бульонов [1-3].
Прирези мяса, остающиеся на костях после ручной или механической разделки и обвалки потрошеных тушек птицы, выделение и использование которых, безусловно, увеличивает мясные ресурсы, служат определенным вкладом в потребление животных белков в питании людей, а мясокостный остаток в дальнейшем может быть использован для выработки функционального мясного протеина или бульонов различной концентрации в колбасном или консервном производствах.
Костный остаток содержит прирези мышечной, соединительной (хрящевой) тканей, костный жир, мозг и другие компоненты. Минеральная часть кости представлена главным образом фосфатами кальция, которые откладываются внутри коллаге-новых фибрилл в виде кристаллов гидрооксиапатита Са5 (РО4) 3ОН, а
также карбонатами кальция (СаСО3), несколько меньшим содержанием фосфорнокислого магния Мд3 (РО4)2, фтористого кальция (Са Fе), солей железа, натрия.
Составляющий компонент кости -костный мозг, содержание которого колеблется от 17 до 22 % к ее массе, при этом липидов в мозге содержится около 47 %, в том числе триглице-ридов - 98%, фосфолипидов -1,4 % и незначительное количество гликолипидов. В триглицеридах около 91,3 % от суммы жирных кислот составляют жирные кислоты с числом углеродных атомов 16:0; 18:0; 18:2, полиненасыщенные жирные кислоты содержатся в незначительном количестве.
Гемовые пигменты (главным образом гемоглобин), присутствующие в костном мозге, а также полиненасыщенные жирные кислоты с числом углеродных атомов от 20 до 24 в фосфолипидах, способствуют самоокислению липидов.
Если учесть, что содержание влаги в костном остатке варьирует от 67 до 75 %, а среди компонентов костного остатка находятся мукополисахари-ды и нуклеотиды, в которых крайне нуждаются патогенные микроорганизмы, становится понятным, что порча мясной прирези происходит значительно быстрее и глубже, чем в кусковом мясе. В первую очередь окисляются липиды и их соединения, витамины и другие биологически важные нутриенты, что снижает пищевую ценность продукта.
Достаточно часто производители сталкиваются с проблемой прогорка-ния мясного сырья, в том числе сырья механической обвалки и дооб-валки птицы. Существует много причин прогоркания, одна из них - залежавшаяся куриная жировая ткань, поэтому особое внимание необходимо уделять условиям и срокам хранения сырья, а также не допускать примесей в исходном сырье.
Среди причин возникновения про-горкания измельченного мясокостного сырья также называют: повышенную зажиренность; процессы окисления содержащихся в нем жира, лимфы, костного мозга и пр.; несоответствующие санитарные условия производственного участка; несоблюдение условий, в том числе температуры хранения; несоблюдение норм бактериальной чистоты и требований к работе оборудования (сепараторов, прессов) и др.
Многочисленные исследования ученых и мировая производственная практика показывают, что успешно контролировать окисление жиров в мясном сырье и продуктах можно с
помощью антиокислителей. При этом антиокислители не только защищают жировой компонент пищевого продукта, но и стабилизируют цветовые характеристики изделий, а также ингибируют действие свободных радикалов на организм человека.
Среди антиоксидантных веществ, разрешенных для использования в мясной промышленности: Е 331 (цитрат натрия, соль лимонной кислоты), Е 327 (лактат кальция), Е 325 (лактат натрия, натриевая соль молочной кислоты) и др. [4].
Практический интерес для переработки мяса представляют искусственные антиоксиданты на основе аскорбиновой кислоты - изоаскорби-новая кислота и изоаскорбат натрия. Все большую популярность приобретают натуральные антиоксиданты -экстракты пряностей и эфирные масла.
С целью продления возможных сроков хранения и стабилизации качества мяса механической обвалки (ММО) и применяют антиокислители (например, бутилокситолуол/ ионол) и антиокислительные смеси (например, смесь ионола с лимонной кислотой), которые прерывают цепную реакцию окисления жиров ММО. Обработку ММО вышеназванными веществами проводят перед замораживанием.
Однако антиоксиданты не могут компенсировать низкое качество сырья, грубое нарушение правил производственной гигиены и технологических режимов. Если концентрация пероксидов или свободных кислот в продукте выше нормы, а тем более если изменились запах, вкус или цвет продукта, то антиоксиданты уже бесполезны.
В целом же специалисты мясной промышленности отмечают, что антиокислители, выполняя свою роль, не могут заменить действие консерванта. И в теплое время года, учитывая реальные условия доставки и хранения мясной продукции в местах ее реализации, производители просто вынуждены применять консерванты. В частности, наиболее часто используется сорбат калия. Что же касается антибиотиков, таких как низин, пи-марицин, ниптамицин, то при их применении в фарше может возникнуть специфический запах лекарственных средств. Жесткие требования к использованию пищевых добавок в мясной промышленности не позволяют производителям применять сильнодействующие консерванты.
В последние годы вопросам рациональной и комплексной переработки птицы, в том числе переработки измельченных или неизмель-
ченных костей, побочного (малоценные части тушек) и вторичного (перо и др.) сырья от убоя птицы, зарубежные фирмы уделяют все большее внимание.
Мясокостное побочное и вторичное сырье, содержащее много соединительной ткани и высокомолекулярных насыщенных жирных кислот, предлагается использовать для производства продуктов глубокой переработки - тонкоизмельченных продуктов, так как измельчение и тепловая обработка значительно снижают жесткость этого сырья [5].
В ряде стран (Франция, Польша, Дания, Бангладеш, Индонезия и др.) внедрены в практику технологии и непрерывные поточные линии по производству мясного сырья из костей говядины, свинины, баранины (козлятины), птицы. В результате переработки костного остатка, тушек и отдельных частей тушек выбракованных кур получают сырое или вареное мясо с повышенным со-
Многочисленные исследования и производственная практика показывают, что успешно контролировать окисление жиров в мясном сырье и продуктах можно с помощью антиокислителей.
держанием соединительнотканных белков или без него, пищевой жир и кормовое сырье для белково-фос-форной муки [5].
В нашей стране в ряде мясоперерабатывающих предприятий Московской, Новгородской и Курской областей проведены исследования по использованию белкового концентрата в колбасном производстве с частичной заменой мяса на эквивалентное (по белку) количество белкового концентрата, выработанного по технологии ВНИИПП в условиях данных предприятий. Также проведены исследования по включению жидких и концентрированных форм бульона в рецептуры посолочных смесей для производства полуфабрикатов и варено-копченых изделий из мяса птицы.
Органолептические исследования показали, что после термической обработки мясо опытных образцов, массированных со смесью на основе бульона, было мягким, сочным и ароматным. При дегустационной оценке образцов отмечены улучшенный вкус, сочность и аромат продуктов, инъецированных смесью на основе бульона.
ТЕМА НОМЕРА
Сухой белковый концентрат прошел испытания при приготовлении сухих концентратов (бульонов, супов и вторых блюд) для системы быстрого питания, разработаны рецептуры инстантных форм первых блюд на основе натурального куриного белка (содержание белка не менее 20 %), обогащенных органическими источниками кальция, железа и витамина С [6].
Разработаны технологии переработки мясокостного остатка цыплят-бройлеров, позволяющие получать качественные пищевые белковые продукты заданного функционально-технологического назначения с улучшенными механическими свойствами и органолептическими показателями.
Использование разработанных современных методов ферментативной обработки мясокостного сырья, в том числе с применением нанотех-нологий, позволит добиться практически полного перевода белка мясокостного остатка в растворимую форму (ФМП), причем без потери или деградации аминокислот и других биологически ценных компонентов.
Для мясной промышленности наибольшую перспективу имеют микробные ФП и клетки, характерные специфической активностью.
Одна из фундаментальных проблем современной биотехнологии, решения которой востребованы практикой, - целенаправленное изменение функциональной активности ферментных белков в сторону как повышения, так и понижения их активности.
Практическое значение ферментов связано с тем, что области их применения исключительно велики. Существуют два основных пути использования ферментов в производстве. Первый путь - направленное регулирование действия ферментов, находящихся в самом обрабатываемом сырье; второй - выделение нужных активных белков из естественных продуктов, содержащих их в значительном количестве, очистка, а затем проведение с их помощью производственных процессов.
Направленное использование активности ферментов, содержащихся в сырье, во многих случаях позволяет получать необходимые ценные свойства пищевых продуктов: вкус,
аромат, внешний вид, а также ускорять процессы обработки, созревания и различными способами интенсифицировать и улучшать производство.
Один из способов направленного изменения каталитической активности ферментов - их предварительная обработка алкилоксибензолами (АОБ), химическими аналогами ауторегуляторов микробного роста и развития (факторы с11). За счет неко-валентных взаимодействий АОБ способны образовывать комплексы с биологическими молекулами (ферментами), изменяя их конформа-цию. Вследствие этого изменяются их активность и стабильность.
Перспективное направление интенсификации биотехнологических процессов в перерабатывающих отраслях пищевой промышленности -использование высокоактивных биологических катализаторов, способствующих существенному увеличению выходов, улучшению качества и продлению сроков хранения готовой продукции.
Ферментативный биокатализ позволяет радикально изменять функционально технологические свойства сырья на различных этапах его переработки, открывая тем самым широкие возможности создания принципиально новых легко усвояемых продуктов для ординарного, профилактического, лечебного и реабилитационного питания различных социально возрастных групп населения России.
Будучи белками, ферменты обладают всеми их свойствами. Сюда относят термолабильность ферментов, зависимость их действия от значения рН среды, специфичность, подверженность влиянию активаторов и ингибиторов.
Термолабильность ферментов объясняется тем, что температура, с одной стороны, воздействует на белковую часть фермента, приводя при слишком высоком значении к денатурации белка и снижению каталитической функции, а с другой, оказывает влияние на скорость реакции образования фермент-субстратного комплекса и на все последующие этапы преобразования субстрата. Кроме того, для каждого фермента существует оптимальное значение рН среды, при котором он проявляет максимальную активность.
При низких температурах ферментативные процессы идут медленно. С повышением температуры скорость ферментативных процессов увеличивается, достигая максимальной величины около 40 °С. При более высоких температурах действие
ферментов уменьшается и, наконец, при 80...100 °С реакция прекращается, так как ферменты разрушаются. Для большинства ферментов наилучшая среда - слабокислая или нейтральная. Концентрированными растворами спиртов, кислот, щелочей многие ферменты разрушаются.
Специфичность - одно из наиболее выдающихся свойств ферментов. Данное свойство ферментов объясняется в первую очередь совпадением пространственных конфигураций субстрата и субстратного центра фермента. Ферменты могут обладать абсолютной, относительной, стерео-химической специфичностью.
Известно, что одно из ярко выраженных отличительных признаков ферментов, по сравнению с другими катализаторами, - избирательность действия. При этом на скорость ферментативной реакции наряду с химическим составом оказывает влияние и такое свойство субстрата, как атакуемость. В случае, когда в реакции гидролиза участвуют субстрат сложного состава и ферментные препараты, в состав которых входит целый комплекс ферментов, фермент-субстратное взаимодействие приобретает более сложный характер.
Ферменты - функциональные единицы клеточного метаболизма. Действуя в строго определенной последовательности, они катализируют сотни многостадийных реакций, в ходе которых расщепляются молекулы питательных веществ, запасается и преобразуется химическая энергия, и из простых молекул-предшественников строятся макромолекулы, входящие в состав клетки.
Ферментативный катализ происходит на расстоянии длины химической связи, поэтому акт катализа совершается на определенном участке поверхности макромолекулы, называемом активным центром. Он представляет собой набор небольшого числа функциональных групп, расположенных близко друг от друга и имеет вид впадин, выемок на поверхности молекулы фермента. Функциональные группы активного центра могут принадлежать звеньям полипептидной цепи, весьма удаленным друг от друга. Сближение их связано с формированием третичной структуры молекулы фермента.
Употребляемые для улучшения качества мяса ферментные препараты должны вызывать заданные изменения в соединительной и мышечной тканях; иметь возможно более высокий температурный оптимум действия, сохраняя способность частично изменять ткани при тепловой об-
работке; действовать в слабокислой или нейтральной среде с максимальной активностью; быть безвредными для человека.
В пищевой промышленности наиболее востребованы ферментные препараты (ФП) амилолитического и протеолитического действия.
Для обработки мясного сырья применение протеолитических ферментов связано с их специфическим действием на белковые комплексы мышечной и соединительной ткани. В теоретическом плане она базируется на так называемых внутренних (эндогенных) ферментах самого мяса, которые действуют при производстве мясных продуктов в процессе созревания и посола. Особенность применения ФП извне заключается в том, что гидролитические процессы при их участии могут протекать значительно быстрее и глубже, что в значительной степени позволяет интенсифицировать технологический процесс.
Для размягчения мяса убойных животных и птицы, особенно с большим содержанием соединительной ткани, применяют протеолитические ферменты растительного, животного и микробиального происхождения. В основе механизма воздействия ферментных препаратов лежит их способность (как и собственных ферментов мяса — катепсинов) изменять четвертичную, третичную, вторичную и даже первичную структуры белков и тем самым влиять на консистенцию, вкус и аромат готового продукта. Воздействие ФП сопровождается разрывом поперечных связей и гидролизом пептидных цепей.
Практика применения ФП показывает, что не все ферменты, обладающие высокой протеолитической активностью, при обработке мяса дают должный эффект. При этом большое значение имеют оптимум действия ферментов, природа их активаторов и ингибиторов, специфичность к разрыву пептидных связей при гидролизе животных белков. Большинство ферментов протеолитической направленности интенсивно гидро-лизуют белки мышечных волокон и слабо воздействуют на соединительнотканные белки.
Существует ряд причин, ограничивающих применение тех или иных ФП на различных стадиях технологической подготовки сырья. Прежде всего, необходимо строго соблюдать технологические параметры, такие как продолжительность обработки мясного сырья ферментами, температура, концентрация вводимого фермента. Изменение этих парамет-
ров может свести на нет весь эффект применения фермента.
Новые перспективы и реальная возможность внедрения биотехнологических методов в производство возникают при использовании микробных ФП, отличающихся высокой стабильностью, возможностью варьировать специфику биохимических свойств. Было проведено изучение эффективности ферментативного гидролиза балластных компонентов различных коллагенсодержащих источников с применением ряда микробных препаратов: протосубтили-на, протомегетерина, липоризина, выделенных из соответствующих микроорганизмов (B. subtilis, B. megaterium, R. oryzae).
Способностью синтезировать специфические ферменты, расщепляющие животные белки, обладают многие микроорганизмы. Среди них выделяются виды, эффективно гид-ролизующие белки типа коллагена, эластина, кератина. Показана возможность применения для этих целей протеолитических ферментов на основе Bacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Aspergillus.
Анализ гидролизатов указывает на богатый набор и высокое содержание свободных аминокислот: проли-на, цистина, валина, аланина, изо-лейцина, лейцина, фенилаланина, лизина, серина, глутаминовой и ас-парагиновой кислот. При этом пере-вариваемость сырья увеличивается в 2,0-2,5 раза. Такие гидролизаты служат прекрасной основой для получения пищевых добавок, модифицированных продуктов и кормовых концентратов.
Многие ФП микробного происхождения проявляют максимальную активность, как правило, при низких положительных температурах (4...18 °С), т. е. в том диапазоне, при котором происходят основные технологические операции, связанные с обработкой, посолом и хранением мясного сырья. Кроме того, рабочей областью величины рН ферментных препаратов, применяемых для обработки мяса, следует считать интервал от 5,5 до 6,5.
Существует несколько способов получения ФП. Ряд методов получения ферментативных гидролизатов предложен французскими исследователями, которые использовали ферменты животного (панкреатин, трипсин, химотрипсин), растительного (фицин, бромелаин, папаин) и микробного (B. Subtilis, Str. Fradiae, Str. griseus) происхождения.
Зарубежные авторы разработали способы получения пищевых гидро-лизатов путем автолиза сырья со-
держащимися в нем ферментами. Рекомендовано также получать пищевые гидролизаты из костного остатка после механической обвалки тушек птицы. Согласно этому способу, для получения гидролизатов используют микробные протеолити-ческие препараты из B. subtilis, P. latex, A. melleus.
Таким образом, для мясной промышленности наибольшую перспективу имеют микробные ФП и клетки, характерные специфической активностью в отношении фибриллярных белков упроченной структуры.
В промышленных технологических процессах применяют ФП, имеющие разрешение Роспотребнадзора Министерства здравоохранения и социального развития РФ на использование в пищевых отраслях промышленности.
С помощью ФП, обладающих различной субстратной специфичностью, можно получить новые белковые продукты функционального назначения, рекомендуемые как для питания здоровых людей, так и для лечебного и диетического питания.
Работа выполнена в рамках государственного контракта № 16.512.11.2142 от 01 марта 2011 г. «Разработка методов получения функциональных кормов и продуктов питания на основе белковых гидролизатов, полученных из вторичных продуктов переработки животного сырья».
ЛИТЕРАТУРА
1. Волик, В.Г. Использование пищевого белка из мясокостного сы-рья/В.Г. Волик [и др.]//Мясная индустрия. - 2009. - № 9. - С. 49-52.
2. Исмаилова, Д.Ю. Протеин мясной функциональный - основа супов быстрого приготовления/Д.Ю. Исмаилова [и др.]//Птица и птице-продукты. - 2005. - № 1.
3. Волик, В.Г. Куриный белок в составе пищевых концентратов для системы быстрого питания/В.Г. Волик [и др.]//Новое в технике и технологии переработки птицы и яиц: сб. науч. Трудов. - Ржавки, 2006. - Вып. 34.
4. Лисицын, А.Б. Применение лак-тата натрия в мясной промышленно-сти/А.Б. Лисицын, А.А. Семенова, В.В. Насонова//Мясная индустрия. -2005. - № 6. - С. 16-19.
5. Махонина, В.Н. Новое направление использования побочного сырья из мяса птицы/В.Н. Махонина, В.В. Коренев//Мясные технологии. - 2007. - № 9. - С. 54-57.
6. Волик, В.Г. Использование пищевого белка из мясокостного сы-рья/В.Г. Волик [и др.]. Мясная индустрия. - 2009. - № 9. - С. 49-52.
