БУЛЬОН С ПРОФИЛАКТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ, СОДЕРЖАЩИЙ БЕЛКОВЫЙ ГИДРОЛИЗАТ, И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТОГО БЕЛКОВОГО ГИДРОЛИЗАТА
BROTH WITH PREVENTIVE PROPERTIES, CONTAINING PROTEIN HYDROLISATE AND PROTEIN HYDROLISATE PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к промышленному способу получения высокоценных белковых гидролизатов из животного сырья и использование таких белковых гидролизатов с повышенной пищевой и биологической ценностью в составе бульонов, супов и других продуктов питания.
Здоровье человека в значительной степени определяется его пищевым статусом, то есть степенью обеспеченности организма энергией и целым рядом незаменимых пищевых веществ. Любое отклонение от так называемой «формулы сбалансированного питания» приводит к алиментарнозависимым дефицитным состояниям, которые нарушают определенные физиологические функции организма, особенно если эти отклонения достаточно выражены и продолжительны по времени.
Особая роль в удовлетворении пищевых потребностей человека и сохранении его здоровья отводится обеспеченности его полноценным белком.
Даже незначительный хронический дефицит белка приводит к существенным нарушениям в нормальном функционировании организма. Белковая недостаточность сопровождается нарушениями функций основных физиологических систем, водно-солевого, витаминного и минерального обмена, снижением уровня гемоглобина и ослаблением иммунитета, ухудшением физического и умственного развития детей, мышечной дистрофии. На фоне значительного или длительного дефицита белка возникают многочисленные серьезные заболевания, снижающие продолжительность жизни.
Полноценное белковое питание приобретает особую актуальность в критических ситуациях, требующих мобилизации ресурсов организма: в период интенсивного роста и развития, при длительном белковом голодании, инфекциях, ожогах, оперативных вмешательствах, химио- и лучевой терапии, нарушениях деятельности желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), чрезмерных физических нагрузках и стрессах, потерях крови и т.п.
К сожалению, традиционные продукты питания в качестве источников белка не обеспечивают в полной мере потребности организма в пластическом материале, особенно в критических ситуациях. Это происходит по самым разным причинам. С одной стороны, питание продуктами животного происхождения является дорогостоящим, что приводит к ограниченному потреблению животного белка значительной частью населения. С другой стороны, потребление их в больших количествах, например, мясной пищи, приводит к множеству отрицательных последствий для организма, вплоть до различных заболеваний (подагры, нарушений работы печени и т.д.). А переваривание и усвоение белковой пищи само по себе является длительным и затратным процессом, расходующим и пластические, и энергетические ресурсы организма.
Поскольку эффективность использования белка организмом человека определяется его сбалансированностью по содержанию незаменимых аминокислот и их усвояемости, целесообразно для повышения и улучшения белковой составляющей в рационе населения использовать высокобелковые концентрированные продукты питания нового поколения. Очевидна и настоятельная необходимость более полного использования животного сырья, в том числе его переработки в новые формы белков с заданными и улучшенными функциональными и биологическими свойствами.
Пищевую ценность любого продукта питания определяют в первую очередь питательные свойства его составных частей, их биологическая ценность, доступность для усвоения и биологическая активность.
Отчасти этим требованиям отвечают широко известные и популярные в диетах многих народов мира мясные отвары или бульоны.
Существующие многочисленные способы получения бульонов на основе белковых концентратов предполагают длительное вываривание мясного сырья, отделение жидкой фракции, выпаривание, высушивание и последующее смешивание с жиром, солью, сухими овощами и специями. В сухой концентрат может добавляться измельченный порошок высушенного мяса или его кусочки. Однако использование описанных мясных концентратов не позволяет получить бульон, в полной мере отвечающий потребностям лечебно-профилактического питания.
Широко применяется следующий промышленный способ получения пищевого мясного бульона на основе белковых гидролизатов. Для их производства сначала два часа варят жилованное мясо. Бульон фильтруют и после добавления соли упаривают в 10 раз. Измельченное мясо подвергают гидролизу соляной кислотой при температуре 120°С и давлении 5-6 атмосфер, затем массу фильтруют, нейтрализуют содой и упаривают. Концентрированный гидролизат и упаренный бульон смешивают, добавляют соль, овощной экстракт, сушат и добавляют топленый жир.
Полученный таким способом мясной белковый гидролизат, применяемый для производства бульонов, имеет ряд недостатков. Воздействие кислоты, высокой температуры и давления приводит к агрегации и разрушению аминокислот, что снижает биологическую ценность белка и препятствует успешному применению в диетическом питании. Низкое качество этого белка и неудовлетворительные органолептические показатели вынуждает производителей бульонов использовать его в минимальных количествах, добавляя вместо него соевые белки, измельченную сухую свиную шкурку и т.п., а также маскировать его вкус химическими вкусовыми добавками и ароматизаторами.
Из уровня техники известно, что в настоящее время в лечебно-профилактическом питании и лечебной практике для профилактики и лечения болезненных состояний, связанных с дефицитом белка в организме человека, широко применяют белковые гидролизаты казеина, плазмы, сыворотки и цельной крови, а также мышечной ткани и внутренних органов сельскохозяйственных животных.
В настоящее время существуют три основных способа получения белковых гидролизатов из мясного сырья: действием кислот, щелочей и протеолитических ферментов (пепсин, трипсин, папаин, бромелаин, микробиальные протеазы). В зависимости от условий проведения гидролиза белок расщепляется либо полностью на аминокислоты, либо на полипептиды различной величины.
Эффективность применения продуктов питания на основе белковых гидролизатов в питании человека объясняется следующими свойствами:
1. Белки в них расщеплены до аминокислот и простейших пептидов, а следовательно, лишены токсических, антигенных и анафилактических свойств.
2. Гидролизованные белки обладают питательными, стимулирующими, антитоксическими и другими свойствами.
3. Как правило, белки мяса перевариваются медленно - от 3 до 8 часов. Предварительно расщепленный на полипептиды белок усваивается за 30-60 минут. За счет этого оптимизируются процессы анаболизма, в том числе прирост мышечной массы и синтез всех белков организма.
Однако для использования белковых гидролизатов при производстве продуктов питания, в том числе бульонов и супов, существуют серьезные ограничения.
Основным недостатком кислотного гидролиза является разрушение триптофана, треонина и серина, а также образование побочных продуктов - гуминов, потенциально опасных для организма человека.
В щелочных гидролизатах почти полностью разрушается цистеин, цистин и аргинин, происходит рацемизация аминокислот (т.е. превращение естественных L-аминокислот в D-аминокислоты), а также образуются чуждые для организма человека и потенциально опасные для него производные аминокислот.
Наиболее близким аналогом для заявляемого изобретения является способ получения белкового гидролизата из вторичных продуктов птицеперерабатывающей промышленности биотехнологическим методом, т.е. путем ферментативного гидролиза (патент РФ 2226841, A23J 3/34, A23J 3/04, A23J 1/10, 20.04.2004). Способ получения белкового гидролизата предусматривает тепловую обработку сырья в автоклаве при температуре 120-123°С, давлении 0,1 МПа в течение 30 мин, измельчение мясокостного сырья на волчке, смешивание с водой при соотношении сырья и воды 1:15 соответственно, обезжиривание на центрифуге, доведение перед ферментативным гидролизом pH среды до 7-7,2 путем внесения 1н. раствора гидроксида натрия, гидролиз ферментными препаратами при температуре 40-50°С и pH 6,5-7,8 в течение 2,5-3 ч, отделение осадка от гидролизата на центрифуге, нагрев гидролизата до температуры 90-100°С с выдержкой 10-15 мин и сушку на распылительной сушилке. Полученный белковый гидролизат обладает высокой биологической ценностью за счет обогащения минеральными веществами и пищевыми волокнами, и может быть использован в качестве белковой пищевой добавки к различным продуктам питания.
Несмотря на то, что в гидролизатах, полученных ферментативным способом, сохраняется структура и поляризации аминокислот, сравнительно медленный гидролиз при невысокой температуре может привести к микробиальному загрязнению. Кроме того, продукты расщепления самих протеолитических ферментов придают гидролизатам неприятный вкус, ограничивая их использование при производстве пищевых продуктов.
Вышеперечисленные недостатки белковых гидролизатов, а также высокая стоимость и отсутствие широкомасштабного производства существенно ограничивают их применение для изготовления пищевых продуктов.
Задачей предлагаемой группы изобретений является упрощение и удешевление процесса промышленного получения белковых гидролизатов с одновременным улучшением их качества и повышением пищевой ценности, и возможности использования их профилактических свойств в повседневных продуктах питания - бульонах, супах и других первых и вторых блюдах.
Поставленная задача решается тем, что первый объект из группы изобретений - способ получения белкового гидролизата путем ферментативного гидролиза из белоксодержащего животного сырья также предусматривает, что сырье выбирают из ряда: туши сельскохозяйственных животных, или птицы, или рыб, белоксодержащие отходы при производстве продукции из сельскохозяйственных животных, или птицы, или рыб, предварительно измельченное до частиц размером 1-5 мм сырье помещают в реактор, разбавляют дистиллированной водой в соотношении от 1:2 до 1:3 и нагревают до 37-55°С, полученную реакционную смесь перемешивают, добавляют смесь протеолитических ферментов животного, растительного или микробиального происхождения, в течение 2-3 часов проводят гидролиз сырья при диапазоне pH от 2 до 7, раствор гидролизата сливают из реактора, подвергают дальнейшей очистке путем фильтрации, сепарирования и концентрирования для отделения твердого осадка и жира, после чего высушивают с применением низкотемпературной распылительной или сублимационной сушки с получением целевого продукта, содержащего не менее 90% массовой доли полноценного белка с аминокислотным скором от 90 до 105.
При этом не менее 90% целевого продукта - белкового гидролизата - составляют полипептиды с молекулярной массой от 15 до 200 кДа.
Вторым объектом из группы изобретений является бульон, обладающий профилактическими свойствами, который содержит белковый гидролизат, полученный вышеуказанным способом. Бульон может дополнительно содержать биологически активные вещества, выбранные из группы: концентраты и изоляты белков сыворотки молока и их гидролизаты, растительные белки и их гидролизаты, аскорбиновую кислоту, растворимые пищевые волокна, в том числе инулин, лактулозу.
Бульон может входить в состав различных супов и других первых или вторых блюд в сухом иди жидком виде в зависимости от консистенции конечного продукта. Бульон предназначен для питания не только здоровых, но и больных людей, а также для детского, диетического и специализированного питания для профилактики белковой недостаточности и улучшения обмена веществ в организме здоровых и больных людей.
Применение вышеуказанных приемов и режимов позволяет получать сухой белковый гидролизат из мягких и костных субпродуктов сельскохозяйственных животных, птицы и рыбы за счет частичного ферментативного гидролиза их белков в промышленных масштабах с сохранением и улучшением биологических, пищевых и технологических свойств исходного сырья.
Техническим результатом заявленного изобретения является следующее: промышленный способ получения белковых гидролизатов из мясного сырья и бульонов на их основе обеспечивает по совокупности технологических и медико-биологических свойств высокие потребительские характеристики и заданную функциональную значимость конечных бульонов. Высокие пищевые и биологические свойства, быстрое и полное усвоение входящих в их состав аминокислот, а также полная гипоаллергенность позволят широко применять предлагаемые быстрорастворимые бульоны, супы и другие продукты в питании, как больных, так и здоровых людей.
Основные физико-химические показатели мясного гидролизата приведены в таблице 1.
Ниже в общих чертах описаны предпосылки, позволяющие понять основное значение разработанных бульонов как профилактического средства, обладающего исключительными питательными и регенерационными свойствами для здоровых и больных людей.
Согласно теории пептидного питания, азот в форме пептидов всасывается в кишечнике здоровых и больных людей значительно быстрее по сравнению с эквивалентными препаратами свободных аминокислот. Использование в предлагаемых бульонах такой формы пищевого белка способствует эффективному процессу их протеолиза и усвоения, происходящему при естественных условиях пищеварения. Белковые гидролизаты из мясного сырья содержат полный набор незаменимых аминокислот, что свидетельствует об их высокой биологической ценности (табл.1). В большинстве из получаемых гидролизатов сумма незаменимых аминокислот и содержание каждой их них значительно выше, чем в стандартном белке, принятом ФАО/ВОЗ.
Аминокислотный состав сухих белковых гидролизатов из различных видов мясного сырья.
Таблица 1
Аминокислота
Стандарт ФАО/ ВОЗ
Виды сырья /г на 100 г белка
Желудки кур
Ноги + головы
Шеи
Крылья
Костный остаток
Куриный
Говяжий
Лизин
5,5
10,2
8,7
8,5
8,7
4,2
4,0
Изолейцин
4,0
4,2
4,1
4,1
4,0
1,2
1,4
Лейцин
7,0
8,1
6,6
7,7
7,9
3,0
3,1
Метионин+цистин
3,5
3,7
3,1
3,8
3,5
1,1
0,8
Триптофан
1,0
1,3
1,1
1,4
1,4
0,7
0.5
Фенилаланин+тирозин
6,0
7,0
6,4
7,0
6,8
2,7
2,8
Треонин
4,0
4,6
4,0
4,2
4,5
1,7
1,6
Валин
5,0
5,5
5,6
6,1
6,2
4,2
3,7
Сумма
36,0
44,6
39,6
42,8
43,0
18,8
17,9
Белковые концентраты обладают низкой осмотичностью (не более 250 мосм/л), высокой растворимостью (не менее 90%), хорошим вкусом, а также составом азотистых фракций, аналогичным в химусе желудочно-кишечного тракта человека. Практически полное снижение антигенных свойств гидролизатов связано с расщеплением пептидных связей и изменением молекулярно-массового распределения азотистых фракций, что приводит к потере видоспецифичных свойств молекул белка. Этот факт определяет перспективность использования гидролизатов для энтерально-зондового питания.
Биологическая ценность белков для организма является истинной лишь при условии достаточно высоких скоростей их переваривания ферментами пищеварительного тракта и максимальной усвояемости аминокислот. Это в полной мере относится к разработанным бульонам.
Биологическая ценность предлагаемых бульонов определяется наличием в их составе мясных белковых гидролизатов, содержащих в большом количестве незаменимые аминокислоты и имеющих аминокислотный скор более 100%.
Высокая биологическая доступность белка из мясных гидролизатов характеризуется их способностью легко расщепляться под действием пищеварительных ферментов на отдельные фрагменты (аминокислоты и мелкие пептиды), которые максимально ассимилируются организмом.
Биологическая активность бульонов характеризуется высокой способностью стимулировать процессы секреторной деятельности и обмена веществ организма в целом.
Кроме того, хорошие органолептические свойства мясных гидролизатов позволяет вводить в бульоны большие количества этого белка и широко использовать их в рационах различных категорий населения.
В последние три десятилетия в мировой пищевой индустрии усиливается тенденция к разработке и производству продуктов функционального питания с целью сохранения и укрепления здоровья людей.
Применение мясных белковых гидролизатов в составе предлагаемых бульонов позволяет обеспечить по совокупности функциональных, технологических и медико-биологических свойств высокие потребительские качества и заданную функциональную значимость, характерную для продуктов функционального питания. Они позволят полностью обеспечить потребности современного человека в животном белке.
Существенной отличительной особенностью предлагаемого изобретения является возможность целенаправленного использования отдельных белковых фракций белковых гидролизатов из различных животных, а также растительных белков и других полезных пищевых компонентов, оказывающих на них положительное кооперативное влияние.
Для усиления эффекта истинного обогащения рациона человека полноценными белками и придания им дополнительных лечебно-профилактических свойств в состав готовых к употреблению бульонов помимо мясных гидролизатов могут вводиться различные биологически активные вещества: концентраты и изоляты белков сыворотки молока и их гидролизаты, растительные белки и их гидролизаты, аскорбиновая кислота, растворимые пищевые волокна, в том числе инулин, лактулоза и другие.
Белки молочной сыворотки, которым обогащаются бульоны, являются самыми полноценными пищевыми белками, уступая только материнскому молоку. 25 г этих белков полностью удовлетворяют суточную потребность человека в незаменимых аминокислотах.
Установлено, что аскорбиновая кислота контролирует отдельные фазы белкового обмена, а также нормализует уровень белков крови при тяжелом поражении печени. При гипопротеинемии, в свою очередь, тормозится депонирование витамина С в органах и увеличивается его выделение почками.
Добавление в состав бульонов растворимых пищевых волокон на основе фруктанов инулинового типа нормализует микрофлору желудочно-кишечного тракта и улучшает его деятельность, снижает содержание холестерина и триглицеридов в крови, регулирует аппетит, усиливает иммунитет и детоксикационные возможности организма.
Бульоны могут также обогащаться лактулозой, которая служит питательной средой и источником энергии для нормальной микрофлоры кишечника человека, являясь мощным стимулятором ее жизнедеятельности. Она способствует прекращению гнилостных процессов и нейтрализует токсические вещества. Лактулоза улучшает усвоение кальция, микроэлементов, витаминов и других важнейших компонентов из пищи.
Таким образом, дифференцированный подход к подбору исходного сырья обеспечивает получение белковых гидролизатов с заданным химическим составом, что позволяет использовать его не только при производстве продуктов массового потребления, но и в диетическом, детском, лечебно-профилактическом и специализированном питании.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые представляются для демонстрации осуществления изобретения, но не с целью сужения объема притязаний.
Пример 1. Промышленное получение белкового мясного гидролизата.
Для выработки белковых мясных гидролизатов взвешивают 400 кг голов, ног, крыльев и шей цыплят - бройлеров, промывают горячей водой (60-65°С). Обработанное сырье измельчают на волчке через решетку с диаметром отверстий 3-5 мм. Затем сырье загружают в реактор объемом 1,5 куб.м, с эмалированным покрытием, мешалкой и рубашкой для нагрева паром под давлением, и смешивают с питьевой водой, имеющей температуру не выше 65°С, в соотношении 1:2. В реактор вносят поваренную соль в количестве 2,5 кг и выдерживают смесь при непрерывном перемешивании при температуре 50-55°С в течение 15-20 минут.
3
3
3
В реактор добавляют при перемешивании 30-40 дм питьевой воды, разбавленной концентрированной соляной кислотой в соотношении 1:1. Продолжая перемешивать, вводят свиной пищевой пепсин и пектофоетидин П10Х по два литра каждого. Ферментативный гидролиз проводят в течение 2-3 часов при температуре 52-55°С. При необходимости проводят корректировку значения pH в диапазоне 3,0-3,4 растворами соляной кислоты или двууглекислого натрия. После проведения гидролиза проводят нейтрализацию смеси путем введения 80-100 дм 10% раствора двууглекислого натрия до pH 6,0-6,5. Далее в смесь вносят 10 дм раствора протосубтилина Г10Х и выдерживают при температуре 50-55°С и постоянном перемешивании в течение 1-1,5 часов, а затем повышают температуру в реакторе до 92-95°С и выдерживают 30-40 минут.
Полученный жидкий гидролизат очищают от жира и твердого остатка с помощью фильтрации и сепарирования, после чего концентрируют и высушивают с применением низкотемпературной распылительной или сублимационной сушки.
Вышеописанный процесс позволяет получить из одной тонны мясного сырья не менее 100 кг сухого белкового гидролизата, содержащего не менее 90% хорошо растворимого полноценного белка.
Пример 2. Бульон сухой говяжий (или свиной) быстрого приготовления. Вырабатывается из белкового гидролизата, полученного из мясного сырья крупного рогатого скота (или свиней), путем смешивания его с жиром, пряностями, сушеными овощами, приправами, поваренной солью, крахмалом (табл.2).
Бульон является дополнительным источником легкодоступных животных белков с повышенной биологической ценностью и незаменимых аминокислот и предназначен для ликвидации дефицита белка в питании человека. Такой бульон может выступать основой для супа или борща. Его вполне можно использовать при приготовлении разнообразных вторых блюд для повышения их пищевой и биологической ценности.
Таблица 2
Рецептура бульона сухого говяжьего (или свиного) быстрого приготовления
№
Наименование компонента
Количество, кг на 100 кг продукта
1.
Соль поваренная
5-25
2.
Крахмал картофельный
20-40
3.
Говяжий (свиной) гидролизат
20-40
4.
Жир сухой
1-10
5.
Сахар
2-6
6.
Овощи сушеные, специи и пряности
4-12
Пищевая ценность 100 г продукта:
Белки, г
18-36
Углеводы, г
28-50
Жиры, г
1-8
Энергетическая ценность 100 г продукта:
ккал
200-250
кДж
836-1045
Пример 3. Бульон сухой куриный быстрого приготовления, обогащенный пищевыми волокнами и аскорбиновой кислотой.
Вырабатывается из белкового гидролизата, полученного из мясного сырья, путем смешивания его с куриным жиром, пряностями, сушеными овощами, приправами, поваренной солью, крахмалом, мальтодекстрином, растворимыми пищевыми волокнами (инулином) и аскорбиновой кислотой (табл.3).
Бульон является дополнительным источником легкодоступных животных белков с повышенной биологической ценностью и незаменимых аминокислот, пищевых волокон и аскорбиновой кислоты и предназначен для ликвидации дефицита белка в питании человека.
Целевой продукт упаковывается массой нетто от 6 до 1000 г. Потребление бульона, содержащего 40% белкового мясного гидролизата, в количестве 50 г позволяет обеспечить не менее 50% от рекомендуемой суточной нормы потребления животного белка для взрослого человека. Такой бульон может выступать основой для супа, или соуса, или любого другого блюда.
Таблица 3
Рецептура бульона сухого куриного быстрого приготовления обогащенного
№
Наименование компонента
Количество, кг на 100 кг продукта
7.
Соль поваренная
5-25
8.
Крахмал картофельный
10-30
9.
Мальтодекстрин
10-20
10.
Куриный гидролизат
20-40
11.
Жир сухой куриный
1-10
12.
Сахар
2-6
13.
Волокна пищевые растворимые
10-20
14.
Овощи сушеные, специи и пряности
4-12
15.
Кислота аскорбиновая
0,1-0,3
Пищевая ценность 100 г продукта:
Белки, г
18-36
Углеводы, г
28-50
Жиры, г
1-8
Волокна пищевые растворимые (инулин)
10-20
Кислота аскорбиновая, мг
100-300
Энергетическая ценность 100 г продукта:
ккал
200-250
кДж
836-1045