Теоретические и практические аспекты биотехнологии мясопродуктов с использованием микропартикулированного сывороточного белка

удк 637.344.8:637.52 В. И. Шипулин [V. I. Shipulin], О. Н. Назарова [O. N. Nazarova]

теоретические и практические аспекты биотехнологии мясопродуктов с использованием

микропартикулированного

сывороточного белка

Theoretical and practical aspects of biotechnology meat with micro-particle whey protein

В статье рассмотрены свойства молочно-белковых концентратов, используемых в мясной промышленности. Представлены результаты исследований функционально-технологических свойств сывороточных белков. Исследованы модельные фаршевые системы с микропартикулированным сывороточным белком.

The article describes the milk protein concentrates used in the meat industry. The results of studies of functional and technological properties of whey proteins. Studied model systems with minced micro-particle whey protein.

Ключевые слова: молочно-белковые концентраты, функционально-технологические свойства, модельные фаршевые системы, микропартикулированный сывороточный белок. Key words: milk-protein concentrates, functional and technological properties, model minced system mikropartikulirovanny whey protein.

В современном колбасном производстве, характеризующемся крупными объемами и интенсивной технологией, наряду с основным сырьем используют белковые препараты растительного и животного происхождения, обладающие высокой пищевой ценностью, функциональными свойствами, близкими к свойствам мышечных белков, способные улучшить или стабилизировать качество готовых изделий, устойчивые при хранении и транспортировке, отличающиеся небольшой стоимостью, простотой применения при составлении фаршевых композиций.

В настоящее время в мире наблюдается постоянное увеличение производства молочно-белковых концентратов (МБК), которые находят широкое применение при выработке мясопродуктов. Наибольшее распространение получило производство следующих МБК: казеинатов, копреципитатов и сывороточных белковых концентратов.

В нашей стране и за рубежом уже длительное время применяется выпускаемый в промышленных масштабах, выделенный кислотным осаждением казеин, который растворяют в слабых растворах щелочи и после высушивания получают водорастворимый казеинат натрия (4) .

Казеинат натрия обладает высокой биологической ценностью, так как в его составе присутствуют все незаменимые аминокислоты. Содержащийся в казеинате натрия метионин оказывает липотропное действие при пищеварении и предупреждает отложение жира. Высокая пищевая ценность ка-зеината натрия обусловлена не только аминокислотным составом, но и высокой степенью усвояемости (до 80 %). Казеинат натрия обладает высокой эмульгирующей способностью. По этому показателю он превышает копре-ципитаты, цельное молоко, концентрат сывороточных белков, растительные и другие немясные белки. Это объясняется тем, что казеин содержит в своем составе лецитины, которые относятся к природным эмульгаторам.

Помимо этого казеинат натрия имеет следующие достоинства, благоприятствующие его применению в колбасном производстве: высокое содержание белка, отсутствие редуцирующих сахаров и катионов кальция, повышенная водосвязывающая и эмульгирующая способность, высокая растворимость в воде, устойчивость при хранении, транспортабельность, простота применения, высокий экономический эффект от использования (8).

В настоящее время перспективным считается получение молочных коп-реципитатов — продуктов совместного осаждения казеина и сывороточных белков. Они обладают ценными функциональными характеристиками, более высокой, по сравнению с казеином, питательной ценностью, что объясняется повышенной концентрацией серосодержащих аминокислот за счет фракции сывороточных белков. Следует отметить, что в копреципитатах кальций находится в соединении с белком, что очень важно для его усвоения. Биологическая ценность казеината натрия колеблется в пределах 52-67 %, молочных копреципитатов — 70-77,5 %, это связано не только с высоким содержанием серусодержащих аминокислот, но и изолейцина, триптофана, тирозина и легкоусвояемого лизина. Высокая усвояемость, многообразие функциональных свойств копреципитатов позволяют использовать их при производстве мясопродуктов, консервов и пищевых концентратов (2).

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. Более полно выделять и концентрировать белковую фазу молочной сыворотки с высокой степенью селективности (до 98 %) позволяют современные методы мембранной технологии (1). В настоящее время отечественной молочной промышленностью методами ультра- и дифильтрации выпускаются жидкие продукты: концентрат белковой творожной сыворотки и добавка молочно-белковая, а также сухие продукты: концентрат белков подсырной сыворотки, растворимый сывороточный белок и белки пищевые молочные, в которых регулируется соотношение между казеином и сывороточными белками, что обеспечивает получение продуктов со сбалансированным аминокислотным составом (7).

К новому поколению молочно-белковых препаратов можно отнести сухие концентраты, которые вырабатывают путем сгущения обезжиренного

молока и молочной сыворотки, составлением смеси сгущенных препаратов с последующей распылительной сушкой. Их отличительной особенностью является присутствие в концентрате всех компонентов, входящих в исходное сырье, в том числе достаточно высокого количества углеводов. Таким образом, и сухие, и пастообразные концентраты, вырабатываемые с применением указанной технологии, можно объединить под одним названием — молочные белково-углеводные концентраты (МБУК).

Одним из таких препаратов является молочно-белковый углеводный концентрат «Лактобел ЭД», который вырабатывают из молочной сыворотки и обезжиренного молока. Наличие в МБУК молочного белка (27,7 %), более сбалансированного по аминокислотному составу по сравнению с растительными белками, низкая себестоимость, а также наличие редуцирующих сахаров (48,7 %) позволяет использовать МБУК «Лактобел ЭД» в технологии мясопродуктов взамен соевых препаратов (3).

К белкам нового поколения, технология изготовления которых исключает применение каких-либо добавок и основанная на использовании только термических процессов, относится микропартикулированный сывороточный белок (МСБ). В основе технологии получения микропартикули-рованного сывороточного белка лежит технология получения концентрата сывороточных белков. Микропартикулированный сывороточный белок — это натуральный продукт, представляющий собой концентрат сывороточных белков, подвергнутый уникальному процессу получения мелкодисперсных сферических частиц размером 0,1-3,0 мкм. Технология получения микропартикулированного сывороточного белка трансформирует сывороточные белки в шаровидные микрочастицы, которые имеют размер и форму идентичную жировым шарикам, воспринимающимся в готовом изделии как жирный продукт. Частицы белка находятся в денатурированном состоянии, поэтому являются наиболее стабильной формой сывороточных белков и продолжают выполнять функцию дисперсной фазы практически во всех продуктах вне зависимости от значения величины рН, даже в изоэлектри-ческой точке белка. Белок сохраняет все функциональные характеристики при воздействии высоких температур в течение длительного периода. Легко диспергируется и быстро гидратируется в холодной воде в течение 3-5 минут без специального оборудования или технологий, не замедляя технологического процесса изготовления продукта.

Согласно полученным экспериментальным данным исследуемый белок содержит не менее 53 % белка, богатого хорошо усвояемыми белками и дефицитными аминокислотами. Кроме того, микропартикулированный сывороточный белок богат такими макро- и микроэлементами, как кальций, фосфор, калий, натрий, сера, магний, железо, цинк, медь, марганец, йод, которые позволят разработать продукт, сбалансированный по минеральному составу.

С целью разработки рекомендаций по использованию микропартику-лированного сывороточного белка при производстве мясопродуктов были изучены функционально-технологические свойства белка и проведен срав-

нительный анализ с аналогичными свойствами концентрата сывороточных белков (КСБ) и МБУК «Лактобел ЭД» (табл. 1).

Следует отметить, что исследуемые препараты МСБ, КСБ, МБУК «Лактобел ЭД» имеют высокое значение рН (6,9, 6,71, 6,84 соответственно), что должно положительно сказаться на функциональных характеристиках мясного сырья и позволяет предполагать высокую совместимость препарата с другими компонентами мясных систем.

Показатель растворимости (обратная величина показателя индекса растворимости) белка используют как первичный показатель качества белковых препаратов. Она обусловливает реологические свойства бе-локсодержащих пищевых систем, устойчивость эмульсий, стабилизированных белками (5).

Анализ экспериментальных данных по исследованию индекса растворимости показывает, что исследуемые белки обладают высокой растворимостью. Индекс растворимости МСБ больше на 0,8 %, чем у КСБ, и на 1,2 % превышает этот показатель у исследуемого белка «Лактобел ЭД».

Важнейшим функционально-технологическим свойством белковых препаратов, используемых при производстве мясопродуктов, является их водопоглощающая способность. Водопоглощаемость проявляется в результате спонтанного «взятия» воды белковой матрицей и определяет первую ступень в процессе сольватации. Установлено, что микропартикулиро-ванный сывороточный белок характеризуется высокими гидрофильными свойствами по сравнению с концентратом сывороточных белков и МБУК «Лактобел ЭД», значение показателя водопоглощающей способности превышает этот показатель на 28,7 % и на 1 % соответственно. Уровень ЖПС достигает 134,2 %, что на 25,9 % выше, чем у концентрата сывороточных белков, и на 1,6 % меньше показателя МБУК «Лактобел ЭД». Показатели ЖПС микропартикулированного сывороточного белка и МБУК «Лактобел ЭД» имеют высокие значения, что будет способствовать улучшению стабильности фаршевых систем, препятствовать появлению жировых отеков и уменьшить потери при тепловой обработке.

Одним из важнейших свойств белков, используемых в производстве мясопродуктов, является эмульгирующая способность. Эмульгирование лежит в основе технологических процессов колбасного производства.

Характер взаимодействия белка с жиром, формирующий уровень эмульгирующей способности, обусловлен в основном соотношением гидрофильных и гидрофобных групп в белке их концентрацией, степенью денатурации белка, а также величиной рН и ионной силой раствора.

Наличие большого количества гидрофильных и гидрофобных групп в белках способствует ориентации полярных групп к воде, а неполярных к маслу (жиру), в результате чего образуется межфазный адсорбционный слой. Эластические свойства и механическая прочность этой межфазной пленки определяет стабильность эмульсии и, как следствие, качество готовых изделий.

Табл. 1. Сравнительная характеристика функционально-технологических свойств микропартикулированного сывороточного белка, концентрата сывороточных белков и МБУК «Лактобел ЭД»

Показатели Микропарти-кулированный сывороточный белок Концентрат сывороточных белков «Лактобел ЭД»

Величина рН, ед 6,9 6,71 6,84

Индекс растворимости сырого осадка, см3 2,2 1,4 1,0

Водопоглощающая способность (ВПС), % 131,6 102,9 130,6

Жиропоглощающая способность (ЖПС), % 136,2 110,3 137,8

Эмульгирующая способность (ЭС), г жира на 1 г белка 203,0 135,0 150,0

Эмульгирующая способность микропартикулированного сывороточного белка достигает 233 г жира на 1 г белка, а для концентрата сывороточных белков составляет 135 г жира на 1 г белка, для МБУК «Лактобел ЭД» 150 г жира на 1 г белка. Частицы микропартикулированного сывороточного белка эффективно стабилизируют эмульсии, так как обладают гидрофильными и гидрофобными участками и имеют соответствующие размеры для того, чтобы быть ориентированными в сторону раздела фаз «масло - вода».

Значение функциональных характеристик белковых препаратов очень важно, однако для окончательного решения вопроса о разработке технологии мясопродуктов с использованием в рецептуре белковых препаратов требуется изучение влияния продуктов на качественные характеристики модельных фаршевых систем.

С целью разработки рекомендаций по использованию микропартику-лированного сывороточного белка при производстве мясопродуктов исследовано влияние уровня введения микропартикулированного сывороточного белка на физико-химические, структурно-механические характеристики модельных фаршевых систем, а также изменение органолептических показателей готового продукта в зависимости от уровня введения гидратирован-ного белка.

Ранее проведенные экспериментальные исследования показывают, что оптимальный уровень гидратации микропартикулированного сывороточного белка составляет 1 : 3 (белок : вода соответственно), поэтому влияние исследуемого белка на свойства мясных фаршевых систем будет основываться на опытном образце гидратированного белка 1 : 3.

Модельные фаршевые системы готовили по следующей схеме: в контрольный образец вводили 80 % посоленной говядины 1 сорта и 20 % шпика, что примерно по соотношению жир — белок соответствует колбасным фаршам вареных колбас.

Табл. 2. РЕЦЕПТУРНЫЙ СОСТАВ МОДЕЛЬНО-ФАРШЕВЫХ СИСТЕМ

С МИКРОПАРТИКУЛИРОВАННЫМ СЫВОРОТОЧНЫМ БЕЛКОМ

Наименование Говядина 1 сорта, % Шпик боковой, сывороточный % Гидратированный 1 : 3 микропартикулированный белок, % Вода сверх рецептуры, % Соль, %

Контроль 80 20 - 15 2,5

С использованием микропартикулированного сывороточного белка

Образец 1 80 15 5 15 2,5

Образец 2 80 10 10 15 2,5

Образец 3 80 5 15 15 2,5

Образец 4 80 - 20 15 2,5

Табл. 3. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ МОДЕЛЬНЫХ ФАРШЕВЫХ СИСТЕМ

Наименование показателя Контроль Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4

Содержание влаги, % 69,6±1,31 71,2±0,71 72,7±0,81 73,3±0,76 73,9±0,81

Величина рН 5,57±0,06 5,32±0,04 6,22±0,06 6,19±0,05 6,21±0,07

ВСС фарша, % к общей влаге 86,9±1,3 99,3±1,1 92,8±1,4 94,6±1,0 97,1±1,2

ПНС фарша, Па 560,0±15,1 554,6 ±15,3 549,6 ±15,0 543,6±15,1 534,2±15,2

Пластичность, см2/гр 6,5±0,2 6,0±0,1 9,2±0,3 7,0±0,2 9,0±0,4

Таблица 4. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ МОДЕЛЬНЫХ ФАРШЕВЫХ СИСТЕМ

Наименование показателя Контроль Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4

Содержание влаги, % 67,1±1,02 67,±0,82 67,9±1,01 68,3±0,75 69,4±1,21

Величина рН 6,10±0,07 6,25±0,05 6,37±0,06 6,47±0,04 6,50±0,06

ВУС готового продукта, % к общей влаге 82,4±1,6 84,5±2,1 86,5±2,3 88,7±2,4 89,6±2,6

Степень пенитрации, мм 3,9±0,2 4,1±0,1 4,0±0,3 4,15±0,2 4,2±0,1

Выход, % к массе сырья 119,0±0,5 119,4±0,7 120,2±1,0 120,7±0,9 121,0±0,8

В опытных образцах мясных фаршей заменяли от 5 до 20 % шпика равным количеством гидратированного 1 : 3 микропартикулированного сывороточного белка. Во все образцы вводили сверх рецептуры 2,5 % поваренной соли на несоленое сырье и 15 % воды. Фарши готовили на микрокутере. Закладку сырья осуществляли в соответствии с таблицей 2.

Результаты сравнительных исследований физико-химических и структурно-механических показателей модельных фаршевых систем, полученных с использованием микропартикулированного сывороточного белка, представлены в таблицах 3 и 4.

Введение микропартикулированного сывороточного белка в мясные фарши приводит к смещению рН опытных образцов в область более высоких значений, что связано с высоким значением рН используемого препарата и положительно сказалось на водосвязывающей способности сырых фаршей.

Как показывают результаты экспериментальных исследований, увеличение концентрации добавки в модельные фаршевые системы приводило к снижению прочностных характеристик, о чем свидетельствует результаты изменений ПНС и степени пенетрации. Это объясняется снижением доли миофибриллярных белков, что способствует повышению нежности и сочности готового продукта.

Введение от 20 до 25 % гидратированного микропартикулированного сывороточного белка влияет на вкусовые характеристики готовых изделий. Как показывают органолептические исследования, при введении 25 % исследуемого белка появляется сладкий сливочный привкус несвойственный колбасным изделиям. Это объясняется тем, что в микропартикулированном сывороточном белке содержание лактозы составляет 28 %.

Дегустационная оценка готового продукта показала гарантированную приемлемость использования от 15 до 20 % гидратированного микро-партикулированного сывороточного белка. Опытные образцы отличались более нежной консистенцией, не наблюдалось ухудшение цвета, вкуса и запаха по сравнению с контрольным образцом, что отразилось на общей ор-ганолептической оценке.

Проведенные исследования свидетельствуют о положительном влиянии микропартикулированного сывороточного белка с уровнем замены от 15 до 20 % на ВСС, ВУС, выход готового продукта и его органолептичес-кие показатели. На основании результатов, полученных при исследовании модельных фаршевых систем, установлен оптимальный уровень введения в рецептуры колбасных изделий в количестве от 15 до 20 %.

ЛИТЕРАТУРА

1. Евдокимов И. А. Технологии переработки молочной сыворотки для получения продуктов функционального питания: сборник материалов VI специализированного конгресса. Барнаул, 2008. С. 45-47.

2. Кабус М., Хэртлинг Х. Получение и применение копреципитатов // Пищевая промышленность. 1979. С. 252-257.

3. Марченко В. В. Разработка технологии вареных колбасных изделий с использованием белково-углеводного концентрата «Лактобел ЭД»: дис. ... канд. техн. наук. Ставрополь, 2008.

4. Полное и рациональное использование молочной сыворотки на принципах безотходной технологии: учебное пособие / А. Г. Храмцов, С. В. Ва-силисин, А. И. Жаринов и др. Ставрополь: ИРО, 1997. С. 105.

5. Салаватулина Р. М. Рациональное использование сырья в колбасном производстве. М.: Агропромиздат, 1985. 256 с.

6. Храмцов А. Г. Рыночная концепция полного и рационального использования молочной сыворотки // Молочная промышленность. 2006. № 6.

7. Шипулин В. И. Принципы разработки альтернативных вариантов рациональных технологий мясных продуктов нового поколения с адаптированными пищевыми добавками: дис. ... д-ра техн. наук. Ставрополь: Сев-КавГТУ, 2009. 470 с.

8. Demott B. J. Nutritional value of casein and whey protein // Food Product Development, 1972. V. 6. № 6. Р. 86, 88.

ОБ АВТОРАХ

Шипулин Валентин Иванович, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология мяса и консервирования».

ship@ncstu.ru

Назарова Ольга Николаевна, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», аспирант кафедры «Технология мяса и консервирования».

Ol.ka26@mail.ru

Shipulin Valentin Ivanovich, doctor of engineering sciences, professor, head. Department «Technology of meat and conservation», North-Caucasian Federal University.

Nazarova Olga Nikolaevna, North-Caucasian Federal University, graduate student, department «Technology of meat and conservation».