CC BY
107
УДК 637.52:637.34.002.35
UDC 637.52:637.34.002.35
РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АДАПТИРОВАННОГО К МЯСНЫМ СИСТЕМАМ БЕЛКОВО-УГЛЕВОДНОГО КОНЦЕНТРАТА НА ОСНОВЕ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ
Шипулин Валентин Иванович д.т.н., профессор
Стрельченко Алина Дамировна аспирант
Северо-Кавказский государственный технический университет, Ставрополь, Россия
Научно обоснована возможность использования концентрата на основе молочной сыворотки, с целью адаптации белковых и углеводных компонентов в технологии мясопродуктов
Ключевые слова: МОЛОЧНАЯ СЫВОРОТКА, ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИЯ, ИЗОМЕРИЗАЦИЯ, ЛАКТОЗА, ЛАКТУЛОЗА
DEVELOPMENT AND USE OF PROTEIN AND CARBOHYDRATE CONCENTRATE, BASED ON LACTOSERUM AND ADAPTED TO MEAT FOOD
Shipulin Valentin Ivanovich Dr.Sci.Tech, professor
Strelchenko Alina Damirovna postgraduate student
North Caucasus State Technical University, Stavropol, Russia
Science-based possibility of use of the concentrate, based on lactoserum, aimed to adapt protein and carbohydrate components in meat technology is shown
Keywords: WHEY, DEMINERALIZATION, ISOMERIZATION, LACTOSE, LACTULOSE
Одним из путей решения проблемы дефицита белка животного происхождения является разработка новых технологий мясопродуктов с использованием белков молочной сыворотки. Это способствует обогащению продукта такими биологически ценными компонентами, как сывороточные белки, лактоза, минеральные соли и др., повышающими питательную ценность продукта [1].
Являясь вторичным сырьем молочной промышленности, сыворотка содержит около половины всего комплекса белков и три четверти углеводов молока, при этом ресурсы молочной сыворотки составляют две трети от всего объема перерабатываемого молока. Пищевая ценность молочных белков равноценна пищевой ценности белков мяса, а по ряду показателей выше её. По биологической ценности белки сыворотки имеют аминокислотный состав, близкий к аминокислотному составу мышечных белков. Концентраты сывороточных белков используются в мясной промышленности для улучшения вкуса конечных продуктов, придания
аромата, улучшения текстуры, также для улучшения качества продуктов в целом.
Среди белковых концентратов, вырабатываемых из молочной сыворотки, в мясной промышленности находят применение концентраты сухих белков подсырной сыворотки (КСБ), которые выделяют из сыворотки различными методами с последующей сушкой. На первом этапе их получали термокоагуляцией, кислотно-тепловым способом, кроме того, применялась вальцовая сушка. Указанные препараты отличались низкими функционально-технологическими свойствами, что ограничило возможность их использования в технологии мясопродуктов. Усовершенствование технологии получения КСБ и внедрение распылительной сушки позволило снизить содержание лактозы, стабилизировать значение рН на уровне 6,15 и выше, повысить растворимость, что положительно сказалось на качестве колбасных изделий.
Сухие и сгущенные концентраты молочной сыворотки отличаются высоким содержанием углеводной фракции, что ограничивает возможности их использования в технологии мясопродуктов. Установлено, что уровень замены мяса сухой сывороткой в фаршевых продуктах не должен превышать 2%, модифицированной сухой сывороткой с содержанием сухих веществ 15-20% - не более 5%. В таких же количествах в фаршевые продукты рекомендовано вводить сгущенную подсырную сыворотку с концентрацией сухих веществ 30-60% [2].
Учитывая, что отличительной особенностью сухих и пастообразных продуктов, получаемых из молочной сыворотки, а также из смеси обезжиренного молока и сыворотки путем сгущения и последующей сушки является присутствие в них всех исходных компонентов, в том числе достаточно высокого количества углеводов, с целью использования
единой терминологии, было предложено [3] такие препараты объединить под названием - молочные белково-углеводные концентраты (МБУК). Одним из первых сухих бифидогенных концентратов является «Лактобел», технология получения которого разработана сотрудниками СевКавГТУ и специалистами молочного комбината “Ставропольский” [3]. Сухой бифидогенный концентрат «Лактобел» получают из смеси обезжиренного молока и изомеризованной молочной сыворотки путем сгущения и последующей распылительной сушки. «Лактобел» содержит не менее 12 % лактулозы и 28 % белка, в связи, с чем имеет большие перспективы в производстве пищевых продуктов функционального назначения. В работе [4] установлено, что препарат обладает высокими фукционально-технологическими свойствами, и особенно выраженными эмульгирующими. Авторами предложены рекомендации по
использованию концентрата «Лактобел» в производстве эмульгированных колбасных изделий, паштетов, полукопченых колбас, разработаны рецептуры и технологии колбасных изделий, которые в настоящее время используются на предприятиях Ставропольского края [4].
Однако нужно отметить, что в исходном сырье - молочной сыворотке находится большое количество минеральных веществ, которые отрицательно влияют на функционально-технологические свойства получаемых препаратов. В этой связи особый интерес представляет технология получения МБУК с удалением части минеральных веществ из молочной сыворотки методом электродиализа. При проведении электродиализа производится удаление преимущественно одновалентных ионов, при этом двухвалентные ионы (Са2+ и Мg2+ и др.) не удаляются. Большинство компонентов основного сырья мясной промышленности проявляет выраженную ионотропную зависимость. При этом некоторые виды основного и вспомогательного сырья могут являться источником ряда ионов, в частности, ионов Са2+, что при определенных условиях
оказывает существенное влияние на процессы структурообразования, протекающие в мясных системах. На процессы структурирования в мясных системах также оказывают влияние физико-химические факторы.
Установлено, что процесс деминерализации привел к снижению количества ионов натрия в три раза, ионов калия - в 3,5-4 раза по сравнению с натуральной сгущенной сывороткой (табл. 1).
Таблица 1 - Минеральный состав подсырной несоленой сыворотки с концентрацией сухих веществ 20 % (п=3, У<16)._______________________
Подсырная несоленая сыворотка Макроэлементы, мг/л Микроэлементы, мг/л
Ка К Са Мв Р 2п Бе Мп
до деминерализации 312 78 163,5 12,6 134 0,17 0,71 4,6
после деминерализации (УД=50 %) 100,0 22,0 102,0 12,0 111,5 0,17 0,7 4,5
Примечание: УД=50% - уровень деминерализации 50%.
Процесс электродиализа также привел к незначительному уменьшению концентрации двухвалентных ионов - Са2+ и М^+, а также анионов фосфора. Содержание кальция снижается в подсырной сыворотке в 1,6 раз. Это связано с особенностями технологии получения сыра, а так же со скоростью удаления одно- и двухвалентных ионов металлов из сыворотки в процессе деминерализации.
Изменение активной кислотности (рН) в процессе обессоливания методом электродиализа происходит в незначительных пределах, при этом на первоначальном этапе деминерализации происходит незначительное увеличение рН и составляет 6,3 единицы. Однако по мере увеличения степени обессоливания происходит снижение рН деминерализованной сыворотки, что впоследствии может привести к ограничению ее использования при производстве мясопродуктов.
С учетом специфичности свойств деминерализованной молочной сыворотки проведены исследования по определению ее влияния на структурирование мясных фаршевых систем. На основании изучения
структурно-механических свойств фаршевых систем (ПНС - для сырых
фаршей и степень пенетрации - для термообработанных продуктов)
2+
установлено, что внесение 15 % и 20 % сыворотки (количество Са составляет 21 - 28 мг/кг для подсырной и 81 - 108 мг/кг для творожной) способствует уплотнению фаршевых систем, что свидетельствует о положительном влиянии ионов Са2+ на процессы структурообразования мясных систем (табл. 2) и улучшению их функционально-технологических свойств.
Таблица 2 - Физико-химические и структурно-механические показатели фаршевых систем до и после термообработки («=3, К<16)
Показатели Уровень введения, %
Вода Подсы рная сыворотка Творожная сыворотка
10 15 20 10 15 20 10 15 20
Сырой фарш
рН, ед. 6,28 6,31 6,39 6,22 6,35 6,42 6,11 6,17 6,21
Содержание влаги, % 78,0 78,7 79,7 75,35 75,9 76,5 75,56 76,1 76,7
ВСС, в % к общей влаге 96,8 96,1 95,0 98,5 98,9 99,1 98,1 100 96,3
ПНС, Па 1817,2 1547,5 1207,4 2216,3 1937,0 1541,3 2315,7 2028,5 1667,3
Пластичность , см2/г 3,73 4,13 4,4 3,35 3,75 4,2 3,12 3,58 4,0
Са++, в мг/кг следы следы следы 14 21 28 54 81 104
После термообработки
рН, ед. 6,34 6,39 6,48 6,31 6,40 6,49 6,21 6,28 6,32
Содержание влаги, % 75,9 76,4 77,0 74,6 74,8 75,6 75,0 74,7 53,8
ВУС, в % к общей влаге 77,0 76,4 76,0 74,6 74,8 75,6 75,0 74,9 53,8
Степень пенетрации, мм 1,5 2,3 2,7 1,8 2,0 2,3 1,6 1,8 0,9
Следует отметить, что опытные модели с использованием деминерализованной подсырной сыворотки превосходят по ряду показателей (ВСС, ВУС) как контрольные образцы, так и модели с деминерализованной творожной сывороткой, что обусловлено оптимальным для мышечных белков содержанием ионизированного кальция. В целом, уровень введения молочной сыворотки при ее
использовании в мясных фаршевых системах должен коррелировать с количеством вносимых в систему ионов кальция.
Способность образовывать и стабилизировать эмульсии относится к числу важнейших функционально-технологических свойств пищевых белков. Сравнительный анализ эмульгирующей способности белков деминерализованной сыворотки, с разным уровнем деминерализации позволил установить, что максимальный объем стабильной эмульсии достигается при исходной доле жировой фазы 70 % для сыворотки, с уровнем деминерализации 50 % составила 233,3 ± 5,1 г жира на 1г белка (рис.1б).
а
б
в
Рисунок 1 - Соотношение объемов фаз в системе «жировая фаза-дисперсия деминерализованной молочной сыворотки: а) с уровнем деминерализации 35 %; б) с уровнем деминерализации 50 %; в) с уровнем деминерализации 90 %
Сывороточные белки, в отличие от казеина обладают более низкими эмульгирующими свойствами. Повышенное количество серусодержащих аминокислот и соответственно групп БЫ делают молекулы сывороточных белков менее устойчивыми к действию температур. Кроме того, в молекуле наблюдается более равномерное чередование гидрофильных и гидрофобных центров.
Таким образом, электродиализная обработка подсырной сыворотки приводит формированию свойств, способствующих наиболее эффективному применению молочных белково-углеводных концентратов в мясных фаршевых системах.
Еще одним перспективным направлением адаптации сывороточных компонентов для колбасного производства является перевод молочного сахара, лактозы, в дисахарид лактулозу. Сущность изомеризации заключается в реакции внутримолекулярной перегруппировки (Ь-Л-трансформации) лактозы, катализируемой щелочными реагентами. Согласно исследованиям авторов [5] введение свекловичных волокон и лактулозы в фарш вареных колбас способствуют повышению его влагосвязываюшей способности на 4,6-7,4 %, стабилизации рН на 8,310,4%, улучшению цветовых характеристик, а также к увеличению пластичности на 6,3-8,1% и уменьшению вязкости мясной системы.
Кроме того, содержание лактулозы в белково-углеводном сывороточном концентрате, по мнению [6], приведет к интенсивному взаимодействию МЬ с оксидом азота и углеводом с образованием стойкого соединения МЬ-углевод-ЫО, дающего устойчивую окраску готового продукта. Следовательно, использование лактулозы способствует не только оксиредукционным изменениям нитрита натрия с восстановлением до оксида азота, но и к изменению потенциала системы, включающей МЬ, М^МЬ, N0 и углевод, и увеличению его реакционной способности.
Установлено, что процесс изомеризации существенно не повлиял на показатели минерального состава сыворотки, в состав изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки входят практические все соли и микроэлементы молока. Кальций, магний и фосфор относятся к наиболее важным макроэлементам сыворотки. Уменьшение концентрации двухвалентных ионов - Са2+,М§;2+, а также анионов фосфора незначительно, а увеличение содержания ионов натрия в 1,2 раза, по-видимому связано с внесением в процессе изомеризации раствора ЫаОЫ.
Изучение сравнительной характеристики физико-химических показателей деминерализованной молочной сыворотки (ДМС) и изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки (ИДМС) показало, что содержание белка в ДМС и ИДМС составляет 11,3 % и 11,2 % соответственно (табл. 3), что теоретически позволяет осуществлять его гидратацию с водой в соотношении от 1:1 до 1:2 при его использовании в технологии вареных колбас, сосисок и сарделек с учетом адекватного содержания белка в продукте.
_____Таблица 3 - Физико-химические показатели сухой ДМС и ИДМС_______
Наименование показателя Характеристика сыворотки молочной
ДМС с УД 50 % ИДМС с УД 50 %
Массовая доля сухих веществ,%, в том числе: 4,1 4,0
Массовая доля белка, % 11,3 11,2
Массовая доля лактозы, %, 75,0 62,4
Массовая доля лактулозы, %, - 12,3
Массовая доля жира, %, 0,96 0,98
Массовая доля золы, %, 3,4 2,1
Индекс растворимости сырого осадка, см3 1,0 1,0
Водопоглощающая способность (ВПС), % 130,8 129,7
Жиропоглощающая способность (ЖПС), % 133,2 132,9
Эмульгирующая способность 233,3 206,6
(ЭС), г жира на 1 г белка
Величина рН 6,54 6,43
Лактоза, содержащаяся ИДМС в количестве 62,4 %, обладает высоким оксиредукционным потенциалом, что будет оказывать существенное влияние на механизм трансформации нитрита натрия и формирование окраски комбинированных мясопродуктов. Содержание лактозы в ИДМС в 1,2 раза меньше, чем в ДМС (75,0 %), это объясняется тем, что произошла частичная изомеризация лактозы в лактулозу. Количество лактулозы в ИДМС составляет 12,3 %.
Результаты исследования физико-химических, структурномеханических показателей модельных фаршей и готового продукта, полученных с использованием сухой ДМС и ИДМС позволило установить, что изомеризация подсырной сыворотки оказывает положительное влияние на функционально-технологические свойства фаршевых систем и качественные характеристики готового продукта. Это позволяет прийти к выводу о целесообразности использования в рецептурах колбасных изделий сывороточных белковых препаратов, полученных на основе деминерализации и изомеризации из вторичного молочного сырья.
Математическое планирование эксперимента с использованием матрицы двухфакторного эксперимента по униформ-ротатабельному плану позволило определить оптимальное соотношение компонентов в рецептурах колбасных изделий. Выявлено, что при введении ИДМС в количестве от 10 до 15% и нитрита натрия от 1,8 до 3,4 мг% значение содержания остаточного нитрита минимально и находится в пределах от 0,0001 до 0,0011. При этом необходимо отметить, что, несмотря на незначительное его содержание, готовые продукты имели стабильную окраску и высокие органолептические показатели.
Таким образом, разработка и использование адаптированного к мясным системам белково-углеводного концентрата на основе изомеризованной деминерализованной подсырной сыворотки, позволяет
снизить количество вводимого нитрита натрия, что положительно сказывается на качественных показателях вареных колбас.
Список литературы
1. Композиция для корректировки функционально-технологических свойств эмульгированных мясопродуктов/ А.И.Жаринов, Ю.Н.Нелепов, Т.И.Клиженко и др.// Материалы III МНТК “Пища. Экология. Человек.”, Изд. Минобр. РФ, Миннауки, Минсельхоз, РАСХН, МГУПБ. - М., 1999. -С.41.
2. Алиев, С. А., Салаватулина Р. М. Использование молочных белков при производстве мясных продуктов : / С. А. Алиев, Р. М. Салаватулина // Обзорная информация, серия «Мясная промышленность» - М.: ЦНИИТЭИ мясомолпром, 1981. - С. 50.
3. Чернобаев В.Н. Разработка ресурсосберегающей технологии бифидогенного концентрата из молочного белково-углеводного сырья. Дисс. кан1. техн. наук. // Ставрополь, 2002. — 152 с.
4. Барыбина, Л. И. Разработка технологии мясопродуктов функционального назначения с использованием молочных белково-углеводных концентратов / Диссертация канд. техн. наук // Ставрополь, 2001.- 212 с.
5. Куприянов, В. А. Исследование и разработка технологии вареных колбас, обогащенных свекловичными волокнами и лактулозой : дис. . к. т. н. / В. А. Куприянов // Москва. 2003.
6.Шипулин, В.И. Принципы разработки альтернативных вариантов рациональных технологий мясных продуктов нового поколения с адаптированными пищевыми добавками : Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук/ В.И. Шипулин // Ставрополь, 2009
