Новые способы переработки коллагенсодержащего сырья мясной промышленности

Новые способы переработки

коллагенсодержащего сырья мясной промышленности

А.Ю. Соколов, канд. техн. наук, Л.Ф. Митасева, канд. техн. наук, С.К. Апраксина, канд. техн. наук МГУ прикладной биотехнологии

Разработка продуктов питания с использованием субпродуктов II категории и коллагенсодержащего сырья приобретает все большую значимость, особенно при их сочетании с мышечными белками. Это сырье является высокоресурсным, и объемы его производства варьируются от 10,5 до 18,5 % к массе перерабатываемого мяса на костях.

Свойства коллагена

^ Способы воздействия на коллагенсодержащее сырье многообразны и предусматривают как механическое, так и химическое воздействие, ферментацию, комбинированные способы и другие.

Коллаген представляет собой фибриллярный белок, формирующий кожу, связки, сухожилия, кости, хрящи и т.п., обусловливает их высокие прочностные свойства. Он обладает уникальным аминокислотным составом, является одним из немногих белков, содержащих остатки 3- и 4-гидрокиспролина, а также 5-гидроксилизина в значительных количествах, что создает основу для спирализации а-цепей и приобретения особой конформации при биосинтезе, благодаря которой формируется структура в виде трехцепочечной спирали.

Коллагенсодержащее сырье недостаточно используется для получения широкого ассортимента мясной продукции вследствие малой изученности отдельных его видов.

Белки группы коллагена обладают широким спектром функциональных свойств: сильным набуханием в растворах электролитов, незначительной растворимостью в воде, особыми микроструктурными свойствами, плотной компоновкой молекул, обусловливающих высокую прочность. В частности, свойства нативного коллагена определяют его практическое применение: способность сохранять молекулярную структуру при выделении из тканей; возможность перевода в раствор для получения искусственных материалов и модификации.

Молекулы коллагена стабилизированы электростатическими, гидрофобными взаимодействиями, а также водородными и ковалентными поперечными связями между аминокислотными а-цепями. Натив-ный коллаген плохо растворим в воде при рН около 7. Однако, после специальной обработки, при на-

гревании в водных растворах может «плавиться» с образованием желатина, который используют в пищевой промышленности (студнеобразователь), при изготовлении фотоматериалов, как среду для культивирования микроорганизмов. Наиболее прочные студни получают из желатина, выделенного из отходов свиных шкур. Эти свойства предопределяют возможность получения некоторых студнеобразных пищевых продуктов.

В то же время коллагенсодержащее сырье недостаточно используется для получения широкого ассортимента мясной продукции вследствие малой изученности отдельных его видов, например, шерстных субпродуктов, некоторых внутренних органов со значительным содержанием соединительной ткани и другое. Анализ научно-технической и патентной информации позволил выделить следующие способы переработки этого сырья:

- получение пищевых добавок и ингредиентов;

- продуктов неординарной структуры — чипсы, экструдаты; препаратов для ветеринарии;

- кормов и других продуктов.

Пищевые добавки и ингредиенты

В Японии и США были разработаны добавки, ингредиенты из коллагена, которые использовались в составе колбасных изделий, и даже заменяли полностью продукты питания (И.А. Исаева, 1978).

В США, начиная с 60-х годов XX века, создавались способы гидролиза коллагенсодержащего сырья в водной среде при высоких температуре и давлении с последующим высушиванием распылением. В результате получали белковый компонент, используемый в производстве различных продуктов питания.

В 1972 году в США получили микрокристаллический коллаген, являющийся частично ионизированной солью этого белка. Сырье после сублимационной сушки гомогенизировали в растворе кислоты (соляная, уксусная, лимонная) с рН 1,6-2,6, до тех пор, пока не менее 10 % по массе коллагена не достигнет субмикронного размера. При выработке

38

ВСЁ 0 МЯСЕ №6 декабрь 2008

различных продуктов питания (сосисок, сухих супов в кубиках и других) микрокристаллический коллаген может применяться как в виде геля, так и в виде кристаллов после высушивания в распылительной или сублимационной сушилке. Эта новая форма коллагена приятна на вкус и неразличима в пищевой смеси.

В зависимости от степени гидролиза коллагенсо-держащего сырья, были получены пищевые продукты, используемые либо в качестве вкусового компонента, либо в качестве источника белка животного происхождения. Но, как показал опыт, полный гидролиз сырья нежелателен, поскольку при этом получаются продукты с неприятным вкусом и запахом. Поэтому предпочтительным является кратковременный гидролиз под давлением в кислой среде.

Перед добавлением в колбасный фарш коллагеновой массы из свиных шкур, последние

подвергали многократному измельчению и термической обработке в водной среде пока нежелатинирующие коллагеновые частицы не составили 20-30 % от содержания глютина.

Способ получения белковой добавки при производстве мясных фаршевых изделий, разработанный в США, предусматривает бескислотный гидролиз кол-лагенсодержащего сырья при температуре +130 °С в течение 2,5 часов до образования незастудневающего водорастворимого продукта, состоящего, в основном, из пептона. Его вносят в систему взамен адекватной части мяса в количествах 4-30 %, оптимальный уровень введения в колбасы составляет при этом 4-10 %.

В Японии создано несколько способов переработки коллагенсодержащего сырья. В частности, перед добавлением в колбасный фарш коллагеновой массы из свиных шкур, последние подвергали многократному измельчению и термической обработке в водной среде пока нежелатинирующие коллагеновые частицы не составили 20-30 % от содержания глю-тина.

Другой способ обработки свиных шкур включает этап высушивания в горячем потоке воздуха при непрерывном удалении жира до содержания влаги 4-6 % и далее — измельчение до частиц размером 0,5-5,0 мм.

Для получения пищевого продукта, содержащего коллаген, можно предварительно обжаренные свиные шкуры обрабатывать разбавленными кислотами (соляной, фосфорной и другими) при рН 2,5-4,2 для набухания и размягчения, после чего их гомогенизировать до пастообразного состояния. К полученной массе добавлять гидролизат другого белка (из сои) с рН > 4,7 и устанавливать рН смеси 4,3-5,5. При этом выпадает осадок коллагена и других белков, который отделяется центрифугированием. Продукт добавляется в фарш в количестве 27 % от его массы.

Был создан метод получения волокнистых и гранулированных форм коллагена, которые могут быть

использованы в составе продуктов питания. Коллаге-новые гранулы формировались в результате измельчения обезволошенных шкур до размеров 0,51,5 мм, коллагеновые волокна изготавливали из гранул в дисковой мельнице.

Патент 5439702, США (МКИ А 23 Ь 1/31) направлен на улучшение качества мясных продуктов и предусматривает смешивание с мясом механической обвалки волокон коллагена так, чтобы получалась однородная смесь и удалялись воздушные пустоты из нее. Коллагеновые волокна получают по особой технологии, их длина составляет 0,5-3 мм, содержание влаги — не более 10 %. Волокна добавляют в количествах не менее 1 % от массы мясного фарша, что способствует его уплотнению. Перемешивание этой массы проводится при температуре около 7 °С. Затем смесь экструдируют на отдельные порции или в виде сплошной массы. Таким образом, получают реструктурированный мясной продукт улучшенного качества. В этом способе также имеют значение особенности оборудования, применяемого при выработке продукта.

Композиция для производства мясных продуктов (пат. 2175845 РФ, МКИ А 23 Ь 1/314) содержит эфирные масла, олеорезин, поваренную соль, фосфаты, моно- и диглицериды жирных кислот, крахмал. Благодаря ее использованию расширяется ассортимент отечественных пищевых добавок для получения белковых эмульсий из свиной шкурки. Пищевая добавка обладает высоким качеством за счет повышенной стабильности и эмульгирующей способности.

Способ получения белковой эмульсии из свиной шкуры для мясных рубленых полуфабрикатов (пат. 2166858 РФ, А 23 } 1/10) включает измельчение сырья, выдерживание в реакторе при перемешивании и температуре +45-50 °С в 3-5 % растворе поваренной соли. Раствор и сырье берут в пропорции 5:1-6:1,5, соответственно. После этого эмульсию отделяют. Способ технологичен, имеет низкую себестоимость. Эмульсия обладает более высокой конверсией белка коллагеновой и эластиновой фракций.

Метод получения белково-жировой добавки для мясных фаршевых и пастообразных продуктов (пат. 2113137 РФ, А 23 Ь 1/317) направлен на максимальное и рациональное использование дополнительных сырьевых ресурсов, на улучшение их функционально-технологических свойств и биологической ценности. В качестве сырья для получения добавки применяют кожу, которую предварительно подвергают гидротермической обработке при температуре 85-90 °С в течении 30-35 мин, далее охлаждают до 40-50 °С и измельчают в гомогенизаторе (куттере) 5-7 мин с добавлением бульона от варки и одной части жира куриного на две части сырья до получения однородной массы, что придает эмульсии наибольшую стабильность и соответствие нормам питания. Кожа птицы обладает высокой биологической ценностью благодаря существенной массовой доле белка и жира. В частности, в ней присутствуют кол-лагеновые волокна, обусловливающие лечебно-профилактические свойства продуктов с использованием этой эмульсии.

Продукты неординарной структуры

Свиные шкуры могут служить не только компонентами других пищевых продуктов, но и могут, после соответствующей обработки, перерабатываться в готовый продукт: легкая закуска для сакэ и пива, хрустящий продукт типа чипсов. При этом предусматривается термическое воздействие на исходное сырье, обработка специями, обжаривание во фритюре или копчение (Япония).

Известны «чипсы» из свиной шкуры, которые использовались первоначально в мексиканской кухне. Основополагающие работы по созданию способов их получения были проведены в США, затем они получили развитие в Великобритании, Японии и России.

Известны «чипсы» из свиной шкуры, которые использовались первоначально в мексиканской кухне. Основополагающие работы по созданию способов их получения были проведены в США, затем они получили развитие в Великобритании, Японии и России.

При приготовлении из обеззоленных шкур крупного рогатого скота мясного продукта типа «Бекон», уменьшающегося в объеме при обжаривании, предусмотрено нагревание сырья в воде при 70 °С в течение 1 ч до получения вязкой коллагеновой дисперсии с содержанием 6 % сухих веществ, гомогенизирование, добавление свиного жира в соотношении 1:1 по объему и обжаривание при 170 °С без использования добавочных жировых веществ.

Способ получения пористого продукта из свиной шкурки колбасного производства (а.с. 1637743 РФ, A 23 L 1/31) направлен на улучшение качества готового продукта и включает обезволашивание, удаление жира, варку, стекание, измельчение на кусочки и сушку при 120-140 °С в течении 60-120 мин. Полуфабрикат содержит влаги 6 %. Далее его охлаждают и погружают в свиной жир с температурой 200 °С. Через несколько секунд полуфабрикат «взрывается», увеличиваясь в объеме в 5-6 раз. Излишки жира удаляются обдувом; для модификации вкусо-ароматических свойств вносятся специи на различных этапах технологического процесса (при варке, перед упаковкой). После упаковывания в полимерные пакеты, продукт отправляется на реализацию. Срок хранения при температуре 0-4 °С может достигать 15 суток.

При осуществлении способа предусматривается использование при варке бикарбоната натрия, который при нагреве разлагается, образуя щелочь и углекислый газ. Это способствует как разрыхлению сырья, увеличению пористости, так и его дезодорации. Оптимальное комплексное действие (обезжиривание, набухание и разрыхление, улучшение цвета и запаха) достигается при варке длительностью 3050 мин при 98-100 °С в водном растворе бикарбоната натрия концентрацией 0,3-1,5 %.

Способ (патент 4119742 США, А 23 Ь 1/31) предусматривает получение жареного «взорванного» продукта, включая обводнение коллагенсодержащего сырья, его желатинизацию в экструдере, экструдиро-вание в виде ленты, нарезание, сушку и фритюрную жарку. При этом, согласно патенту, может использоваться различное коллагенсодержащее сырье, в том числе свиные шкурки, кожа птицы, хрящи и другое. Целью работы было получение оптимального по ор-ганолептическим свойствам готового продукта. Содержание коллагена в сырьевой смеси должно быть значительным, чтобы обеспечить желатинизацию при тепловой обработке. Решением этой проблемы может быть применение экструдирования сырья с различным содержанием коллагена.

Способ осуществляется следующим образом. При оптимальном содержании влаги 21-22 %, измельченное сырье (размер частиц 0,15-0,30 см) увлажняется, подаётся в экструдер шнекового типа с терморегулируемыми секциями цилиндра, расположенными вдоль шнека. Секция, ближайшая к матрице, нагревается примерно до температуры 154 °С, что обеспечивает получение качественного, однородного, глянцевитого экструдата, который далее охлаждают, измельчают, (пластинки длиной до 4 см), высушивают до содержания влаги менее чем 15 % по массе и обжаривают во фритюре при температурах от 177 до 216 °С (до содержания влаги менее чем 3,5 %). При этом происходит увеличение объема продукта в два раза по сравнению с первоначальным. Продукт характеризуется нежной, хрупкой консистенцией и хорошим вкусом.

Для выработки препаратов, используемых в ветеринарии и в производстве кормов, могут

использоваться различные виды сырья. В настоящее время стали использовать шкуры животных, которые содержат 65-70 % влаги, 30-35 % сухих веществ и около 1 % золы.

Анализ данных физико-химических исследований, полученных при разработке способа, позволил сделать заключение, что продукты типа чипсов из коллагенсодержащего сырья имеют специфическую пористую структуру, предположительно сформированную в результате резкого испарения влаги и жела-тинизации подготовленного полуфабриката при его тепловой обработке методом обжаривания.

Предпочтение универсальным препаратам

Для выработки препаратов, используемых в ветеринарии и в производстве кормов, могут использоваться различные виды сырья. В настоящее время стали использовать шкуры животных, которые содержат 65-70 % влаги, 30-35 % сухих веществ и около 1 % золы. В сухих веществах присутствуют белки, в том числе коллаген, кератин, эластин и другие. Поэтому известные способы выработки препаратов и кормов из этого сырья, включают механическое, химическое и тепловое воздействие.

40

ВСЁ О МЯСЕ №6 декабрь 2008

Например, разработан способ, предусматривающий последовательные обработки коллагенсодержа-щего сырья щелочно-солевой смесью, нейтрализацию борной кислотой, промывку водой и растворение в кислой среде с рН не выше 2,5. Однако этот способ длителен (7-8 сут), требует применения растворов щелочей, солей и кислот в значительных концентрациях; получаемый золь не отвечает требованиям ветеринарии, зоотехнии и парфюмерно-косметической промышленности. Решение этих проблем достигается обработкой, включающей ряд последовательных стадий, а именно: измельчение, промывку, обезжиривание (при необходимости), обеззоливание, ще-лочно-солевую обработку.

В частности, отходы парных шкур (содержание жира менее 10 %) измельчают на кусочки 2х2 см2, промывают, обрабатывают щелочно-солевым раствором, содержащим 40-60 г/дм3 гидроксида натрия и 28,8-43,2 г/дм3 сульфата натрия в ультразвуковой ванне в течение 5-7 часов при жидкостном коэффициенте 3. Далее проводят солевую промывку, нейтрализацию, промывку проточной водой, растворение в органической кислоте, диализ и повторное растворение. Для ускорения технологического процесса на отдельных его стадиях применяют ультразвуковое воздействие (пат. 2031597 РФ, А 23 ] 1/10). Органическую кислоту выбирают в зависимости от назначения продукта. Для применения в ветеринарных препаратах полуфабрикат можно перерастворять в молочной или аскорбиновой кислотах. Для парфюмерно-косметической промышленности — в уксусной или лимонной. Полученный готовый продукт — бесцветная, слегка опалесцирующая жидкость с содержанием коллагена 97,0-99,0 % от массы сухого вещества.

Универсальный коллагеновый препарат обладает

комплексом свойств, наиболее значимых для производства пищевой и фармацевтической продукции, в частности, он обладает эмульгирующей активностью, пено-, гелеобразующей, влаго-и жироудерживающей способностью.

Способ получения белкового гидролизата, используемого в парфюмерии, производстве клея и других отраслях, предусматривает измельчение гольевых отходов, обеззоливание и промывку, обработку ферментом протосубтилин Г-3Х в количестве 0,10,4 % от массы голья в течение 5-8 часов при температуре 34-40 °С. Далее следует тепловая обработка при 70-75 °С в течение 20 минут. После этого смесь варят при температуре 80-95 °С на протяжении 2,53,5 часов. Затем полученный продукт сушат при температуре 65-75 °С. Гидролизат характеризуется следующими показателями: влага — 10 %, зола — 5 %, общий азот — 10 %, рН 6,5-7,5.

Из вышесказанного следует, что наиболее рационально получение универсальных препаратов. Способ изготовления полифункционального коллагено-

вого препарата для пищевой, фармацевтической, медицинской промышленности включает механическую обработку и измельчение коллагенсодержащего сырья (обрезь незоленых или золеных шкур, сухожилия, хрящи, артерии или вены, кожа птицы), промывку водой и щелочно-солевым раствором, нейтрализацию. Патент 2059383 РФ, А 23 } 1/10.

Способ не имеет ограничений в выборе колла-генсодержащего сырья и отличается тем, что перед щелочной обработкой сырье дополнительно промывают водой и щелочно-солевым раствором с содержанием хлорида натрия не более 0,3 % при рН не более 12. Щелочную обработку осуществляют 1-7 % раствором щелочи при температурах от -40 до +25 °С и рН более 13 в промежутке времени от 10 часов до 7 суток, а в щелочной раствор вводят не более 1 мас. % пероксида водорода. Далее коллаге-новую массу подкисляют, гомогенизируют и сушат.

Универсальный коллагеновый препарат обладает комплексом свойств, наиболее значимых для производства пищевой и фармацевтической продукции, в частности, он обладает эмульгирующей активностью, пено-, гелеобразующей, влаго- и жироудерживающей способностью.

Метод получения кормового препарата, разработанный в США, предусматривает переработку шкур или их обрезков методом обезвоживания (прессование, естественная сушка и др.), измельчения до размеров 3-6 мм2, смешивания с одним или несколькими связующими компонентами — крахмалы, мука или зерно. В смесь могут добавляться окрашивающие и ароматизирующие добавки, затем смесь обрабатывают в экструдере с несколькими зонами нагрева.

Однако, испытания показали, что препарат не полностью соответствует всем требованиям к качеству. В связи с этим, был предложен более эффективный способ (пат. 5635237 США, А 23 К 1/10), предусматривающий получение кормовых препаратов для домашних животных (собак и кошек) из шкур или их обрезков. Технология позволяет вырабатывать в значительной мере очищенный корм без добавления крахмала и других связующих компонентов, допускает внесение только ароматизаторов и красителей. Одной из задач изобретения было создание механического метода получения кормов, избегая сушки и измельчения, необходимых для осуществления ранее описанных способов. Для этого разработчики использовали двойной шнековый экс-трудер с несколькими зонами нагрева и сменными фильерами.

Таким образом, ряд исследований, проводившихся в разных странах, показал, что получаемое в ходе первичной переработки сельскохозяйственных животных и птицы коллагенсодержащее сырье, хотя и различается по свойствам и структуре, но в то же время по пищевой и биологической ценности соответствует современным требованиям науки о питании и обладает свойствами пищевых волокон. Однако остаются не полностью исследованными отдельные виды сырья и изменения его свойств, технологические режимы обработки и возможности применяемого оборудования.