CC BY
37
УДК 637.661:636(031)
Расширение потенциала использования крови для создания антианемических продуктов
Р. С. Омаров, канд. техн. наук, С. Н. Шлыков, д-р биол. наук Ставропольский государственный аграрный университет Л. В. Антипова, д-р техн. наук, профессор Воронежский государственный университет инженерных технологий
Реферат
Железодефицитные состояния относятся к одной из самых распространенных патологий современной цивилизации ввиду важной роли железа в человеческом организме. В частности, железосодержащие белки осуществляют транспорт электронов в дыхательной цепи, железо необходимо для синтеза ДНК, роста и размножения клеток. Это обосновывает перспективность производства профилактических продуктов для людей с железодефицитными анемическими заболеваниями. Главным сырьевым источником органического железа является кровь сельскохозяйственных животных, однако низкие органолептические характеристики и плохая усвояемость существенно ограничивают ее использование. В данной статье рассматриваются результаты экспериментальных исследований способов гемолиза форменных элементов крови убойных животных с целью получения функционального компонента, подходящего для создания антианемических продуктов на основе различных пищевых продуктов. Как наиболее оптимальный, был выбран кислотный способ гемолиза, с использованием аскорбиновой кислоты. Изучались различные параметры внесения объемов и концентраций аскорбиновой кислоты с позиции получения продукта с наиболее выгодными составом и свойствами. Установлено, что внесение аскорбиновой кислоты с молярной концентрацией 0,75 моль/дм3 обеспечивает желаемые физико-химические, органолептические и функционально-технологические свойства конечного продукта со степенью окисления гемоглобина около 50%. Готовый функциональный компонент из гемолизированных форменных элементов крови характеризуется хорошей сбалансированностью аминокислотного состава, высоким содержанием органического железа, а также способностью стабилизировать различные пищевые дисперсные системы. Это позволяет рекомендовать его использование как при разработке профилактических мясопродуктов, так и в производстве имитационных кондитерских изделий.
Ключевые слова
антианемические продукты; гидролиз; железодефицит; кровь убойных животных; профилактическое питание Цитирование
Омаров Р.С. Шлыков С.Н. Антипова Л.В. (2018) Расширение потенциала использования крови убойных животных для создания антианемических продуктов питания // Пищевая промышленность. 2018. № 12. С. 64-67.
Expanding the potential of using blood from slaughter animals to create anti-anemic food products
R.S. Omarov, Candidate of Technical Aciences
S.N. Shlykov, Doctor of Biological Sciences
Stavropol State Agrarian University
L.V. Antipova, Doctor of Technical Sciences, Professor
Voronezh State University of Engineering Technologies
Abstracts
Iron deficiency is one of the most common pathologies of modern mankind, in view of the huge role of iron in the human body. In particular, iron-containing proteins transport electrons in the respiratory chain, iron is necessary for DNA synthesis, growth and multiplication of cells. This justifies the prospects of producing preventive products for people with iron deficiency anemia based on the main source of organic iron for humans - the blood of farm animals. This article examines the results of experimental studies of methods of hemolysis of blood cells for slaughter animals with the aim of obtaining a functional component suitable for creating anti-anemic products based on various food products. As the most optimal, the acid method of hemolysis was chosen, using ascorbic acid. The various parameters of introducing volumes and concentrations of ascorbic acid from the position of obtaining the product with the most advantageous composition and properties were studied. It has been found that the application of ascorbic acid with a molar concentration of 0.75 mol/dm3 provides the desired physicochemical, organoleptic and functional-technological properties of the final product with a degree of hemoglobin oxidation of about 50%. The finished functional component of hemolyzed blood cells is characterized by a good balance of amino acid composition, a high content of organic iron, and the ability to stabilize various food dispersed systems. This allows us to recommend its use both in the development of preventive meat products, and in the production of imitation confectionery products.
Key words
antianemic products; blood of slaughter animals; iron deficiency; hydrolysis; preventive nutrition Citation
OmarovR.S., ShlykovS.N., Antipova L.V. (2018) Expanding the potential of using blood from slaughter animals to create anti-anemic food products // Food processing industry = Pishhevaja promyshlennost'. 2018. № 12. Р. 64-67.
убойных животных питания
В последнее время крепнет убеждение, что пищевые продукты должны быть как источником питательных веществ для организма, так и обладать качествами, способствующими укреплению здоровья организма, что привлекает все больше внимания к категории функциональных продуктов.
По данным Всемирной организации здравоохранения, в мире 0,5 млрд человек страдают железодефицитной анемией и у более 1,5 млрд человек отмечается дефицит железа в рационе. Недостаток железа в человеческом организме вызывает нарушение жизненно важных функций и ведет к различным заболеваниям, повышая риск смертности. У детей железодефицитная анемия может приводить к задержке развития и поведенческим отклонениям, как-то: снижение двигательной активности, способности к социальному взаимодействию и концентрации внимания, у беременных женщин увеличивается риск преждевременных родов и рождения детей с маленьким весом, у взрослых анемия часто проявляется снижением работоспособности. В терапии железодефицитных анемий применяют прежде всего соли этого металла, которые, однако, могут вызывать ряд побочных эффектов, ухудшающих работу систем организма [3, 7]. Альтернативой медикаментозной профилактике и лечению железоде-фицитных анемий можно предложить продукты питания профилактического действия с повышенным содержанием органического железа [1, 6].
Кровь убойных животных и крове-продукты являются уникальным источником незаменимых и биологических активных веществ ввиду высокого содержания органического железа и полноценных белков, качественно и количественно адекватных белкам организма человека [4].
Проблема максимального и рационального использования крови промышленных животных освещена многими ведущими учеными и специалистами. Показана целесообразность ее применения в составе лечебных, профилактических и кормовых продуктов, разрабатываются и реализуются оригинальные идеи по эффективной технологии переработки [5, 8].
Пищевой статус гемоглобина обеспечивается не только высоким содержанием белка и хорошей аминокислотной сбалансированностью, но также содержанием большого количество железа, органическая форма которого является лучшей, с точки зрения усвояемости, для человека. Оценивая перспективы расширения использования крови для получения профилактических продуктов питания актуальной задачей видится разработка условий предварительной обработки сырья, прежде всего, эффективного гемолиза форменных элементов для высвобождения железосодержащего комплекса [7].
Известно, что мясные продукты богаты железом, обладают некоторым антианемическим эффектом, но в настоящее время на российском рынке отсутствуют мясопродукты со сбалансированным составом и заданным содержанием органического железа, что обосновывает целесообразность расширения ассортимента мясной продукции.
Важной особенностью крови является ее способность принимать коричневый цвет [1] за счет окисления железа гемоглобина, что может быть реализовано при разработке имитационных кондитерских изделий, доля которых в структуре пищевых продуктов довольно велика. Экспериментальные исследования проводились в научно-исследовательских лабораториях кафедры технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Ставропольского ГАУ и кафедры технологии продуктов животного происхождения Воронежского государственного университета инженерных технологий.
Объектами исследования стала кровь крупного рогатого скота (рН 7,4, вязкость - 5,5 Н-с /м2), стабилизатор -пирофосфат натрия. Форменные элементы крови, получали в лабораторных условиях центрифугированием на лабораторной центрифуге при 8000 об /мин.
Гемолиз осуществлялся по следующей схеме: к 1 см3 форменных элементов добавляли 1 см3 (или иной объем при изучении влияния объемов гемолизирующего реагента на скорость процесса) раствора химического реагента. Динамику гемолиза фиксировали определением оптической плотности смеси 0,25 см3 гемолизата и физраствора (разбавление в 84 раза) при длине волны 670 нм.
Определение содержания метгемо-глобина, изучение физико-химических, органолептических и функционально-технологических свойств гемолизатов проводили по стандартным методикам [2].
К серьезным ограничивающим факторам для использования крови при производстве пищевой продукции относятся специфические красный цвет, запах и плохая усвояемость, так как строма кровяных клеток плохо подвергается действию пищеварительных ферментов [1].
Для промышленного использования крови и ее компонентов в пищевых продуктах необходимо вызвать разрушение клеточных оболочек -гемолиз. Результатом гемолиза является переход гемоглобина из связанного состояния в свободное, т. е. в раствор с равномерно распределенным содержимым форменных элементов, доступным воздействию пищеварительных энзимов и последующей ассимиляции организмом.
В настоящее время существует несколько путей разрушения клеток крови: водный гемолиз (разведение водой 1:2), гемолиз с применением растворов кислот, спирта или эфира, а также ферментативный способ [1, 2].
Для выбора оптимального способа гемолиза был проведен ряд исследований с использованием различных гемолизирующих веществ: соляной кислоты с концентрацией 0,25моль /дм3 (в соотношении 1:1), воды (в соотношении 1:2), фермента коллагеназа в виде 5% раствора (конечная концентрация препарата в системе 0,025 г/дм3). Сравнительная характеристика полученных гемолиза-тов представлена в табл. 1.
Традиционным и широко применяемым в лабораторной практике методом разрушения строматических оболочек является водный гемолиз. Скорость его протекания достаточно велика, вызывая разрушение порядка 70% клеток через минуту и 80% - через 2 мин., однако для разрушения 100% клеток требуется существенно большее количество времени. В технологиях пищевых продуктов использовать водные гемоли-заты нецелесообразно из-за снижения концентрации сухих веществ, незначительного окисление железа и низких органолептических характеристик.
Кислотный гидролиз обеспечивает получение продукта с высоким содержанием белка, нейтральным запахом и желаемым цветом, однако внесение соляной кислоты существенно повышает кислотность среды (рН системы составляет 2-3 ед.), что требует внесения нейтрализующей щелочи, вызывая нежелательное разбавление гемолизата и появление солоноватого привкуса, ограничивая тем самым его использование.
К преимуществам ферментативного гидролиза можно отнести высокую концентрацию сухих веществ, распад
Таблица 1
Характеристика гемолизатов форменных элементов крови убойных животных
Гемолизат Массовая доля влаги,% Массовая доля белка, % Массовая доля влаги,% Массовая доля золы, % Внешний вид Запах
Водный 86,7 9,4 86,7 1,8 Коричнево-красная жидкость Присутствует слабый кровяной запах
Соляно-кислый 79,4 17,2 79,4 2,5 Коричневая жидкость Нейтральный, без запаха крови
Ферментативный 63,8 33,6 63,8 2,3 Ярко-красная масса Нейтральный, без запаха крови
Продолжительность гемолиза, мин
Рис. 1. Изучение динамики гемолиза форменных элементов крови аскорбиновой кислотой концентрацией 0,75 моль/дм3
Таблица 2
Качественные показатели аскорбиновокислого гемолизата
Показатели Значение
Содержание сухих веществ, % 80,3
Содержание влаги, % 8,4
Содержание белка, % 74,6
Содержание жира, % 2,9
Содержание железа, % 0,9
Содержание золы, % 4,4
Степень растворимости, % 95,8
Структура Порошкообразная, комочки легко разрушаются
Цвет Светло-коричневый, однородный во всей массе продукта
Запах Без запаха
оболочек кровяных клеток до водорастворимых продуктов, накопление пептидных фракций белка и присутствие до 30% гемового железа в свободном состоянии.
Однако длительность процесса и ярко-красная окраска получаемого гемолизата ограничивает возможности его использования ввиду риска развития патогенной микрофлоры и низкой степени окисления гемоглобина.
Лабораторные исследования спиртового гемолиза показали крайне низкую скорость протекания при отсутствии значимых преимуществ перед кислотным способом.
Учитывая преимущества кислотного гемолиза предлагается заменить соляную кислоту на аскорбиновую, широко применяемую в пищевой промышленности, внесение которой не потребует нейтрализации по истечении гемолиза.
В ходе поиска оптимальной молярной концентрации аскорбиновой кислоты учитывались такие факторы, как скорость гемолиза, его полнота, активная кислотность конечного гемолизата и степень окисления гемоглобина.
Внесение раствора аскорбиновой кислоты с концентрацией 0,25 моль / дм3 увеличивает время протекание гемолиза и вызывает недостаточную окисляемость гемоглобина. Молярная концентрация 1,5 моль/дм3, напротив, вызывает практически мгновенное разрушение клеток, однако при этом рН смещается в кислую сторону, вызывая сильное окисление гемоглобина и появление кислого, вяжущего привкуса и слишком темного цвета у конечного продукта. Таким образом целесообразно применять аскорбиновую кислоту с концентрацией 0,75-1,0 моль/дм3. Оценка влияния соотношения объемов раствора аскорбиновой кислоты (0,75 моль/дм3) и форменных элементов на продолжительность гемолиза проводилось в 3 вариантах: 1:0,5; 1:1; 1:1,5 (рис. 1).
Анализ экспериментальных данных показал, что при соотношении форменных элементов и кислоты 1:0,5 существенно увеличивает время протекания гемолиза. Использование соотношения 1:1,5 потребует введения большого количества кислоты, что приведет к разбавлению системы и дополнительным затратам.
Таким образом, максимальный гемолиз эритроцитов рациональным способом достигается при соотношении объемов форменных элементов и кислоты в пропорции 1:1, обеспечивая при этом минимальное разбавление системы.
Помимо гемолиза, внесение аскорбиновой кислоты стимулирует активное окисление гемоглобина до метге-моглобина, изменяя тем самым цвет гемолизата с красного на коричневый.
Установлено, что степень окисления гемоглобина зависит как от концентрации аскорбиновой кислоты, так и от соотношения объемов ее внесения с форменными элементами. При этом повышение степени разбавления системы увеличивает концентрацию мет-гемоглобина (рис. 2).
Оценка цвета различных вариантов опытных образцов выявила, что оптимальный коричневый цвет гемолизата, близкий к цвету шоколада, формируется при окислении порядка 50% гемоглобина в метгемоглобин. Это достигается внесением аскорбиновой кислоты концентрацией с 0,75 моль /дм3 в соотношении с форменными элементами 1:1. Дальнейшее развитие окисление железа гемоглобина формирует у гемолизата чрезмерно темный цвет, что неприемлемо для пищевых продуктов.
Диссоциация гемоглобина также приводит высвобождению гемовых колец, которые характеризуются повышенной усвояемостью.
Высокая биологическая ценность полученных гемолизатов формируется также за счет перехода в растворенное состояние около трети порфириновых комплексов. Предлагаемый способ гемолиза позволяет получить продукт с приемлемыми органолептическими характеристиками и потенциальной антианемической эффективностью.
Дальнейшей целью стояло изучение качественных показателей полученного продукта в высушенном виде. Сушку продукта проводили на лабораторной установке с температурой воздуха на входе 125-160 °С, на выходе 60-70 °С. Характеристики сухого продукта представлены в табл. 2 и 3.
Высокие количественные и качественные показатели белковой составляющей гемолизата и высокое содержание в нем органического железа сухого позволяют характеризовать его как ценное сырье при разработке продуктов профилактического действия. Важно отметить, что в 100 г сухого гемолизата содержится около 6000% от средней суточной нормы потребления железа.
Изучение функционально-технологических свойств гемолизата проводили как для высушенного продукта, так и для восстановленного (массовая доля сухих веществ 22%). Результаты представлены в табл. 4.
Экспериментальные данные показали, что гемолизаты обладают хорошими водо- и жиросвязывающими свойствами, образуют стабильные эмульсии и обладают гелеобразующей способностью, что делает технологически оправданным их использование в широком спектре пищевых продуктов.
Аскорбиновокислый гемолиз форменных элементов крови убойных животных позволяет получить высокоценное функциональное сырье для разработки продуктов антианемической направленности. Высокие функционально-технологические свойства и приемлемые органолеп-тические характеристики позволяют использовать аскорбиновокислый ге-молизат форменных элементов крови при разработке, как мясных продуктов,
так и имитационных кондитерских изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антипова, Л.В. Создание антианемических продуктов на основе вторичных продуктов мясоперерабатывающей отрасли/Л.В. Антипова [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2008. -№ 6. - С. 123.
2. Антипова, Л.В. Методы исследования мяса и мясопродуктов/Л.В. Антипова, И. А. Глотова, И.А. Рогов. - М.: Колос, 2004. - 571 с.
3. Успенская, М.Е. Антианемические продукты питания с использованием крови убойных животных // М.Е. Успенская
Авторы
Омаров Руслан Сафербегович, канд. техн. наук Шлыков Сергей Николаевич, д-р биол. наук
Ставропольский государственный аграрный университет, 355017, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12, doooctor@yandex.ru Антипова Людмила Васильевна, д-р техн. наук, профессор Воронежский государственный университет инженерных технологий, 394036, г. Воронеж, проспект Революции, д. 19, апЬ^уа. l54@yandex.ru
ных // Все о мясе. - 2006. - № 1. -С. 14-17.
7. Nowak, B. Porcine blood cell concentrates for food products: hygiene, composition, and preservation/B. Nowak, T. von MueffLing // Journal of Food Protection. - 2006. - vol. 69. - p. 21832192.
8. Gonzalez-Rosendo, G. Bioavailability of a heme-iron concentrate product added to chocolate biscuit filling in adolescent girls Living in a rural area of Mexico/G. GonzaLez-Rosendo // Journal of Food Science. - 2010. - vol. - 75. -p. H73-H78.
REFERENCES
1. Antipova, L.V. Sozdanie antianemi-cheskih produktov na osnove vtorichnyh produktov mjasopererabatyvajushhej otrasLi [Creation of anti-anemic products based on secondary products of meat processing industry]/L. V. Antipova [et aLL] // FundamentaL'nye issLedovanija. - 2008. -№ 6. - p. 123.
2. Antipova, L.V. Metody issLedovanija mjasa i mjasoproduktov [Methods for researching meat and meat products]/L.V. Antipova, I.A. GLotova, I.A. Rogov. - M.: KoLos, 2004. - 571 p.
3. Uspenskaja, M.E. Antianemicheskie produkty pitanija s ispoL'zovaniem krovi ubojnyh zhivotnyh [Anti-anemic food using bLood from sLaughter animaLs] // M. E. Uspenskaja [et aLL] // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo univer-siteta inzhenernyh tehnoLogij. 2013. -№ 4 (58). - p. 151-153.
4. Izgaryshev, A.V. Podbor parametrov kisLotnogo gidroLiza jeritrocitarnoj massy krovi KRS i svin'I [Selection of parameters for acid hydroLysis of erythrocytic mass of bLood of cattLe and pigs] // A.V. Iz-garyshev, O.V. Kriger, A. P. Lapin // Sovre-mennye probLemy nauki i obrazovanija. -2013. - № 1. - p. 419.
5. Sizenko, E.I. Nauchnoe obespechenie pererabotki zhivotnovodcheskogo syr'ja i proizvodstva produktov pitanija vysokogo kachestva [Scientific provision of processing of Livestock raw materiaLs and production of high quaLity food products] // Dostizhenija nauki i tehniki APK. -2007. - № 10. - S. 33-37.
6. Fajvishevskij, M.L. Netradicionnye tehnoLogii pererabotki i ispoL'zovanija pishhevoj krovi ubojnyh zhivotnyh [Non-traditionaL technoLogies for processing and using food bLood from sLaughter animaLs] // Vse o mjase. - 2006. - № 1. -p. 14-17.
7. Nowak, B. Porcine bLood ceLL concentrates for food products: hygiene, composition, and preservation/B. Nowak, T. von MueffLing // JournaL of Food Protection. -2006. - voL. 69. - p. 2183-2192.
8. GonzaLez-Rosendo, G. BioavaiLabiL-ity of a heme-iron concentrate product added to chocoLate biscuit fiLLing in adoLescent girLs Living in a ruraL area of Mexico/G. GonzaLez-Rosendo // JournaL of Food Science. - 2010. - voL. - 75. -p. H73-H78.
Authors
Omarov Ruslan Saferbegovich, Candidate of Technical Aciences Shlykov Sergey Nikolaevich, Doctor of Biological Sciences Stavropol State Agrarian University, 355017, Russia, Stavropol, Zootekhnicheskiy ln., 12, doooctor@yandex.ru
Antipova Lyudmila Vasilyevna, Doctor of Technical Sciences, Professor Voronezh State University of Engineering Technologies, 394036, Russia, Voronezh, Revolyutsii av., 19, antipova. l54@yandex.ru
Таблица 3
Результаты изучения качества аминокислотного состава сухого гемолизата
Показатели
Аминокислоты Содержание аминокислот в белке сухого гемолизата, г/ 100 г белка Аминокислотный скор, % Эталонный белок (незаменимые аминокислоты), г/100 г белка
Фенилаланин + Тирозин 6,88 114,7 6,0
Валин 5,74 114,8 5,0
Треонин 2,47 61,7 4,0
Лейцин + Изолейцин 11,57 105,2 11,0
Метионин + Цистин 1,58 45,1 3,5
Лизин 4,96 90,2 5,5
Таблица 4
Функционально-технологические свойства гемолизатов
Показатели Сухой гемолизат Восстановленный гемолизат
Влагосвязываюшая способность 58,9 61,2
Жиросвязывающая способность 22,1 24,0
Эмульгирующая способность 62,5 63,8
Стабильность эмульсии 63,9 64,6
Гелеобразующая способность + +
[и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2013. - № 4 (58). - С. 151-153.
4. Изгарышев, А.В. Подбор параметров кислотного гидролиза эритроцитарной массы крови КРС и свиньи // А.В. Изгарышев, О.В. Кригер, А.П. Лапин // Современные проблемы науки и образования. -2013. - № 1. - С. 419.
5. Сизенко, Е.И. Научное обеспечение переработки животноводческого сырья и производства продуктов питания высокого качества // Достижения науки и техники АПК. - 2007. - № 10. - С. 33-37.
6. Файвишевский, М.Л. Нетрадиционные технологии переработки и использования пищевой крови убойных живот-
