CC BY
0
УДК 637.5 DOI: 10.21323/2071-2499-2021-1-16-19 Табл. 2. Библ. 6.
| ПИШЕВЫЕ ФОСФАТЫ — * СВОЙСТВА, ОСОБЕННОСТИ ^ И РОЛЬ В ТЕХНОЛОГИИ < МЯСОПРОДУКТОВ
Жаринов А.И., доктор техн. наук, профессор, Кузнецова О.В., канд. техн. наук ООО «Группа Компаний ПТИ»
Ключевые слова: пишевые фосфаты, влияние фосфатов на мясные системы, свойства, механизм действия, физиологическое влияние пищевых фосфатов
Реферат
Обзор посвящён рассмотрению и анализу роли пищевых фосфатов, применяемых при производстве мясных продуктов. Представлена специфика физико-химических свойств пищевых фосфатов и характер их влияния на мясные системы.
FOOD PHOSPHATES — PROPERTIES, CHARACTERISTICS AND ROLE IN MEAT TECHNOLOGY
Zharinov A.I., Kuznetsova О.V.
LLC «Group of Companies PTI»
Key words: food phosphates, the effect of phosphates on meat systems, properties, mechanism of action, physiological effect of food phosphates
Summary
Review discusses and analyze the role of food phosphates used in the production of meat products. The specificity of the physicochemical properties of food phosphates and the nature of their influence on meat systems are presented.
Мясные продукты - одна из наиболее важных областей применения фосфатов, где они оказывают значительное влияние на технологический процесс.
В технологии мясных изделий, как правило, используются пищевые фосфаты, представляющие собой натриевые и калиевые соли ортофосфорной (Н3Р04), пи-рофосфорной (Н4Р207), трифосфорной (Н5Р3010) и метафосфорной (НР03) кислот, а также их смеси.
Пищевые фосфаты кодифицированы в группах Е 339-340 и Е 450-452, где они позиционируются как эмульгирующие соли, регуляторы кислотности, водо-удерживающие агенты, стабилизаторы, фиксаторы окраски, синергисты антиок-сидантов, комплексообразователи и тек-стураторы.
Широкий спектр заявляемых технологических возможностей фосфатных солей обусловлен тем, что, диссоциируя в водной среде на положительно заряженные ионы металлов (№+, К+) и отрицательно заряженные фосфат-ионы соответствующей кислоты, они способны оказывать существенное и многоплановое воздействие на состав дисперсионной среды и, соответственно, на функционально-технологические свойства высокомолекулярных веществ, и, в частности, белков мяса.
Специфика физико-химических свойств пищевых фосфатов и характер их влияния на мясные системы в основном зависит от следующих факторов: 1. Особенности молекулярного строения
фосфатов.
Фосфатные соли подразделяют по структурному признаку на линейные, циклические, с разветвлёнными цепями и высококонденсированные; по длине молекулярных цепей - на мономеры (ортофосфаты), димеры (пирофосфаты), тримеры и полимеры (триполи- и по-лиметафосфаты). Скорость диссоциа-
ции фосфатов непосредственно связана с длиной цепи: чем короче молекула, тем быстрее она распадается и участвует в реакциях. По этой причине коротко-цепочечные, линейные моно- и дифосфа-ты, являющиеся быстродействующими, более рационально применять при производстве мясопродуктов с коротким технологическим циклом (например варёные колбасы), в то время как длин-ноцепочечные полифосфаты предпочтительно использовать в технологии деликатесных изделий из мяса, характеризующейся наличием операций посола, механической обработки и др. 2. Значения pH фосфатов.
В соответствии с величиной водородного показателя фосфаты подразделяют на кислые (рН < 7), щелочные (рН > 7) и нейтральные. Щелочные фосфаты, осуществляющие сдвиг среды от изоэлектри-ческой точки белков, являются наиболее популярными в технологии мясопродуктов, так как обеспечивают (при значениях рН фосфата 8,0-9,2) существенное увеличение водосвязывающей способности и повышение выхода готовой продукции. Естественно, данный эффект от применения фосфатов напрямую связан с характеристиками исходного мясного сырья (N0^ РББ, ЭРЭ).
Однако необходимо помнить, что применение фосфатов с рН > 9,5 может привести к ухудшению органолептических показателей мясных изделий вследствие снижения интенсивности и устойчивости цвета, появлению для рыхлости в текстуре и мыльного металлического привкуса, уменьшения степени эмульгируемости жира, повышения вероятности синере-зиса и спровоцировать развитие микробиологической порчи при хранении продукции. Кроме того, высокие значения рН в многокомпонентных рассолах активируют процесс пенообразования при их приготовлении и введении, что, соответ-
ственно, проявляется в повышенной пористости у готовых продуктов из мяса.
Фосфаты со значением рН, близкими к нейтральной области, оказывают умеренно-позитивное влияние на функционально-технологические свойства белков, повышают сочность, улучшают текстуру, усиливают «мясную» ноту во вкусе, стабилизируют цвет готовой продукции. Кислые фосфаты с осторожностью используют в технологии колбасного производства, так как они снижают водосвязывающую способность мышечных белков и могут придавать продукции кислый либо горьковатый вкус. Чаще всего кислые фосфаты применяют в качестве компонента фосфатных смесей с повышенной буферной ёмкостью. 3. Степень растворимости фосфатов.
Показатель, значение которого зависит от специфичности строения и длины молекулы фосфатной соли и хорошо коррелирует со скоростью диссоциации молекул фосфата в воде либо в растворе хлорида натрия. Ограниченную растворимость проявляют короткоцепочечные орто- и пирофосфаты; высокая растворимость характерна для триполи- и особенно для полиметафосфатов.
Вид катиона в составе молекулы влияет на степень растворимости: фосфаты калия, как правило, обладают более высокой растворимостью, чем соли натрия.
Принимая во внимание ограниченную растворимость большинства фосфатов, их внесение в мясные системы (особенно в виде рассолов) осуществляют в первую очередь, иначе добавленные ранее поваренная соль, сахар и др. будут снижать растворимость фосфатных препаратов.
Сравнительная оценка основных характеристик пищевых фосфатов, допущенных к применению при производстве мясных изделий, свидетельствует о том, что разнообразие их состава и физико-химических свойств позволяет рас-
сматривать индивидуальные и комплексные фосфаты как эффективное средство многоцелевого назначения. При этом, применительно к технологии мясопродуктов, на первый план выходит вопрос об их влиянии на состояние мышечных белков. Следует отметить, что, несмотря на официальное позиционирование пищевых фосфатов в качестве водоудер-живающих агентов и эмульгаторов, сами фосфатные соли реально не обладают данными свойствами. Просто при введении фосфатов в мясные системы происходит изменение состава дисперсионной среды, что опосредованно влияет на основные функционально-технологические свойства мышечных белков, являющихся главными структурообразователями в мясных продуктах.
Действие фосфатных солей на физико-химические свойства индивидуальных миофибриллярных белков, их ассоциаций и мясные системы осуществляется по следующему многоплановому механизму:
1. Так как практически все пищевые фосфаты и смеси на их основе, используемые в технологии мясопродуктов, являются щелочными либо нейтральными, введение их в мясные (слабокислые) системы приводит к повышению значений водородного показателя и смещению рН в щелочную сторону от диапазона, характерного для изоэлектрической точки миофибриллярных белков, что сопровождается увеличением как общего заряда молекулы, так и количества гидрофильных центров и, соответственно, повышением растворимости и водосвязы-вающей способности белков. Наиболее эффективны для регулирования реакции среды пиро- и полифосфаты с рН от 7 до 9,5.
2. Добавление пищевых фосфатов увеличивает концентрацию солей в дисперсионной среде и, таким образом, повышает величину осмотического давления/ ионной силы, что приводит к увеличению степени набухания и растворимости, водосвязывающей, эмульгирующей и гелеобразующей способности белков. Совместное использование фосфатов и пищевой/поваренной соли обеспечивает сильный синергетический эффект в отношении активизации мышечных белков, поэтому при составлении фарша, например колбасных изделий, где надо получить упругую консистенцию, фосфат и соль закладывают практически одновременно.
3. Фосфатные соли и особенно пи-ро- и полифосфаты (после их конвертации в дифосфаты) обладают уникальной способностью воздействовать на миофи-
бриллярные белки аналогично АТФ. Под действием фосфатов происходит отрыв, связывание и перевод в нерастворимое состояние ионов кальция и магния, выполняющих в актомиозиновом комплексе функции поперечных мостиков-сшивок полипептидных цепей и блокирующих доступ молекул воды к полярным группам белков. В результате ослабления сил электростатического взаимодействия ак-томиозиновый комплекс диссоциирует на растворимые миозин и актин, мышечные волокна релаксируют, увеличивается «щелевое» пространство между пептидными цепями для доступа воды, на поверхности миофибриллярных белков возрастает количество высвободившихся функциональных групп. Гидрофильные группы обеспечивают повышение степени набухания, растворимости и водос-вязывающей способности белков, причём показано, что степень выраженности этих показателей зависит от вида использованных фосфатов:
пиро- (ди-) фосфаты > триполифосфаты > монофосфаты > полифосфаты.
4. Наличие у фосфатов натрия и калия повышенной секвестрирующей способности по отношению к поливалентным катионам оказывает существенное влияние как на свойства белков мяса, так и на ряд других химических и биологических процессов.
Некоторые виды длинноцепочечных фосфатов (и особенно триполифосфа-ты), образуют комплексные соединения с двух- и трёхвалентными катионами (в первую очередь - Са2+, Мп2+,
Ре2+), необходимыми для нормального функционирования микроорганизмов и находящимися внутри микробной клетки либо в составе субстрата, обеспечивают проявление слабого бак-териостатического эффекта, ингибируя процессы развития и размножения микроорганизмов и повышая их чувствительность к термообработке. Наиболее выраженным антимикробным действием обладают кислые орто- и пирофосфаты, характеризующиеся низкими значениями величины рН (3,8-4,6).
Установлено также, что пиро- и трипо-лифосфаты, вступая во взаимодействие с катионами двухвалентных тяжёлых металлов (особенно железа и меди, содержащихся в крови и мышечной ткани) и свободными радикалами, являющимися активными прооксидантами/катализа-торами, способны ингибировать скорость процессов окисления липидов (прогорка-ние) и изменения цвета гемовых пигментов. В присутствии аскорбиновой кислоты суммарный антиоксидантный эффект существенно возрастает.
5. Фосфатные соли и особенно их смеси обладают выраженными буферными свойствами, что позволяет устанавливать значения рН в мясных системах в технологически-целесообразных диапазонах, например, для получения максимального выхода готовой продукции либо требуемых органолептических показателей.
Буферная способность/ёмкость характеризует свойство вещества или системы поддерживать определённый уровень рН, несмотря на имеющиеся внешние воздействия.
Фосфаты (особенно орто- и пирофос-фаты) и фосфатные смеси являются одним из лучших средств регулирования буферной ёмкости, то есть стабилизации значения величины рН в колбасных фаршах, в рассолах и в различных видах мясных продуктов.
Коммерческие препараты с повышенной буферной ёмкостью создают на основе комбинирования кислых и щелочных (одно- и двухзамещённых) фосфатов, смесей слабых кислот (либо оснований) и их солей с сильным основанием (кислотой) и т. д.
В связи со специфичностью свойств сырья и условий технологической обработки в практике колбасного производства преимущественно используют щелочные и нейтральные фосфаты, среди которых лидирующие позиции принадлежат триполифосфату натрия (с рН 9,7-9,9) и тринатриевому пирофосфа-ту (рН 6,8-7,2). При индивидуальном применении, - принимая во внимание их различия в растворимости и скорости диссоциации, - длинноцепочеч-ные, хорошо растворимые, но медленно действующие триполифосфаты, как правило, используют при производстве деликатесных мясных продуктов, в то время как быстродействующие, но огра-ниченнорастворимые пирофосфаты -в технологии варёных колбас, сосисок и т. п.
Кислые фосфаты применяют в индивидуальном виде редко: в основном, в качестве регуляторов кислотности при работе с мясом ОБО, МПМО, фиксаторов окраски при нитритном посоле, консервантов в совокупности с солями других пищевых кислот, для осуществления гидролиза коллагенсодержащего сырья.
Следует отметить, что использование индивидуальных фосфатов, особенно в условиях нестабильности в показателях качества поступающего на мясного сырья (РББ, ОБО, N0^ пониженное содержание белка и т. д.), не всегда обеспечивает получение требуемого технологического результата, в связи с чем
2021 | № 1 ВСЁ О МЯСЕ
Таблица 1
Ранжирование пищевых фосфатов по выраженности основных химико-технологических свойств
Показатели Виды фосфатов
Длина молекулы Ортофосфаты < Пирофосфаты < Триполифосфаты < Полифосфаты
Растворимость в воде (в присутствии №С!) Полифосфаты > Триполифосфаты > Пирофосфаты > Ортофосфаты
Степень воздействия на ВСС* и ЭС **мышечных белков Триполифосфаты > Пирофосфаты > Полифосфаты > Ортофосфаты
Буферная ёмкость Ортофосфаты > Пирофосфаты > Триполифосфаты > Полифосфаты
Антиоксидантные свойства Триполифосфаты > Полифосфаты > Пирофосфаты > Ортофосфаты
Антибактериальное действие Полифосфаты > Триполифосфаты > Пирофосфаты > Ортофосфаты
* ВСС — влагосвязывающая способность ** ЭС — эмульгирующая способность
большое распространение получили комплексные фосфатные смеси, содержащие несколько видов фосфатных солей, интегральный эффект от действия которых позволяет успешно решать разнообразные производственно-технологические проблемы.
Показано, что при обоснованном выборе и правильном применении комплексных фосфатных добавок имеется возможность существенно повысить значения основных функционально-технологических показателей мясного сырья: водосвязывающую способность — на 2-10%, жироудерживающую — на 2-7%; устойчивость эмульсии — на 5-12%, выход готовой продукции — на 2-3%.
Данные, характеризующие химико-технологический потенциал фосфатных солей (таблица 1), позволяют осуществлять обоснованный выбор отдельных фосфатов для формирования состава комплексных добавок, предназначенных для решения конкретных задач.
При этом, как правило, в составе базовой части фосфатных смесей, предназначенных для производства эмульгированных колбасных изделий и характеризующихся значениями рН в диапазоне 7,0-8,3, преобладают корот-коцепочечные, быстродействующее ор-то- либо пирофосфаты (с добавлением полифосфатов).
Основой рассольных фосфатных смесей, имеющих рН 9,0-9,3, являются длин-ноцепочечные, хорошо растворимые полифосфаты с длительным периодом диссоциации.
Остальные компоненты смесей выбирают в зависимости от целевого технологического назначения препарата. Для улучшения набухаемости белков заменяют фосфаты натрия на калиевые соли; для повышения эмульгирующей способности вводят пиро- и триполи-фосфаты.
Добавление орто- и пирофосфатов оказывает влияние на величину буферной ёмкости и структурно-механические свойства (эластичность, текстура) готовой продукции. Введение кислых орто-фосфатов увеличивает сроки годности и т. д.
Варьирование количественным содержанием и соотношением выбранных ингредиентов в составе смесей позволяет регулировать степень их воздействия на свойства мясных систем, и, соответственно, на показатели качества готовой продукции.
Система контроля за качеством индивидуальных и комплексных фосфатов включает в себя определение таких показателей, как:
► значение величины рН 1 %-го раствора;
► степень растворимости препаратов;
► отсутствие побочного привкуса;
► содержание посторонних примесей (особенно циклических метафосфатов и солей кальция, магния и марганца);
► содержание общего фосфора в перерасчёте на Р205, на основании которого судят о медико-биологической безопасности препаратов.
Следует отметить, что, несмотря на присутствие фосфорной кислоты и её солей в значительных количествах в мышечной ткани и крови человека, в последние годы в связи с развитием концепции здорового питания всё чаще обсуждается вопрос о введении ограничений на применение фосфатов в технологии пищевых продуктов.
Некоторые исследователи считают, что внесение в организм человека вместе с продуктами питания дополнительных количеств фосфатных солей может приводить к связыванию и выведению из метаболизма ионов кальция и, следовательно, нарушению кальций-фосфорного обмена, что в свою очередь провоцирует нарушение процессов кроветворения и функционирования почек, сердечно-сосудистые заболевания и аллергию, развитие остеопороза и т. п.
С целью устранения либо минимизации негативных последствий от присутствия фосфатных солей введены ограничения на их использование в технологии пищевых/мясных продуктов:
► полностью запрещено применение фосфатов при производстве продуктов детского и геродиетического питания, питания для беременных и кормящих женщин;
► пересмотрены дозировки и частота технологического применения фосфатов. В соответствии с ТР ТС 029/2012 предусматривается снижение в мяс-
ных продуктах максимальной дозировки пищевых фосфатов до 3 г добавленного фосфата (добавленный фосфат по отдельности или в комбинации в перерасчёте на Р205) на 1 кг мясного сырья и 8 г общего (добавленного + естественного) фосфата на 1 кг мясного сырья;
► в ряде технологий рекомендована замена фосфатных препаратов натриевыми и калиевыми солями лимонной и молочной кислот. По основным физико-химическим свойствам цитраты и лактаты похожи на фосфаты, однако в меньшей степени влияют на величину водосвязывающей способности белков, кроме того, их присутствие в составе рецептуры может приводить к появлению «тусклого» цвета и нехарактерного для мясопродуктов горько-солоноватого либо сладковато-металлического привкуса;
► осуществляется жёсткий контроль за содержанием фосфата как в используемых в производственном процессе фосфатных препаратов, так и в готовых мясных изделиях путём определения Р205.
Показатель Р205 соответствует количеству пентоксида фосфора в фосфатных препаратах, отражает действительное содержание фосфата в объекте без связанной с ним минеральной (№, К, Са) части и выражается в процентах.
Таким образом, если триполифосфат натрия Ыа5Р3010 содержит 58 % Р205, то из всей молекулы фосфатная часть составляет 58 %, а натрия — 42 %.
Примеры расчёта количества вносимого в продукт вместе с фосфатной добавкой общего фосфора в перерасчёте на Р205 приведены в таблице 2.
Согласно медико-биологическим требованиям содержание в фосфатных добавках общего фосфора в перерасчёте на Р205 не должно превышать 0,4 %.
