Защитное съедобное покрытие на основе белков

щ

ИННОВАЦИОННЫЕ УПАКОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

ТЕМА НОМЕРА

УДК 637.354.056:678.06

Защитное съедобное покрытие

на основе белков

Ключевые слова: съедобные покрытия; белки; плесневые грибы; фунги-статическая активность; противоплес-невая композиция.

Е.В. Казакова, аспирант, Л.С. Кузнецова, д-р техн. наук Московский государственный университет прикладной биотехнологии

В последние годы в различных отраслях пищевой промышленности одно из актуальных направлений составляют разработка и использование новых экологически безопасных упаковочных материалов, способных не только сохранить высокое качество готовых продуктов питания в течение заявленного срока годности, но и решить такую общемировую экологическую проблему, как утилизация использованной упаковки.

Современные полимерные материалы на основе пластиков, применяемые в пищевой промышленности, отличаются высокой механической прочностью, легкостью, технологичностью, индифферентностью к составу пищевых продуктов, дешевизной исходного сырья. Однако при всех перечисленных достоинствах пластиковые материалы имеют существенный недостаток, связанный с длительным сроком их разложения в природных условиях, составляющим несколько десятков и даже сотен лет.

И если ранее главной задачей, стоящей перед производителями упаковочных материалов для пищевых продуктов, было создание, в первую очередь, упаковки, стойкой к воздействию внешних факторов среды, то теперь возникает абсолютно новый подход к ее разработке. Основная цель этого подхода - получение легко утилизируемой упаковки. При этом она должна быть нетоксичной и защищать готовый продукт от окислительной и микробной порчи, а также сокращать естественные потери готового продукта при хранении и улучшать внешний вид продукта, делая его более привлекательным для потребителя.

В настоящее время применение съедобных защитных пленок и покрытий в пищевой промышленности с каждым годом привлекает все большее внимание ученых и производителей. И это неудивительно, поскольку именно данный вид упаковки способен учитывать основные требования (внешний вид, свежесть, высокое качество, безопасность и др.) к готовому продукту и

эффективно сочетать широкий спектр требуемых свойств, предъявляемых в сегодня к современной пищевой упаковке, повышая ее экономичность. При этом использование съедобных пленок и покрытий позволяет полностью исключить утилизацию упаковочных материалов.

Однако у съедобной упаковки, безупречной с экологической точки зрения, имеется существенный недостаток- невысокие барьерные свойства. Поэтому главная задача - придание барьерных свойств съедобному упаковочному материалу, индивидуально предназначенному для каждого вида пищевого продукта в сочетании с его надежностью, безопасностью и быстрой усвояемостью в пищеварительном тракте человека.

Необходимые барьерные свойства съедобным упаковочным материалам, как правило, придают путем направленной модификации биополимера (пленкообразователя), в качестве которого используют такие сырьевые компоненты, как белки растительного или животного происхождения, жиры (ацетоглицериды, глицериды, жирные кислоты), углеводы (производные крахмала, эфиры целлюлозы, хитозан, декстрины, альгинаты, каррагинаны, пектины, агар, камеди, биокамеди и др.), причем применять их можно как по отдельности, так и в различных комбинациях. Способность данных соединений к идеальной модификации позволяет включать в их структуру различные пищевые добавки (консерванты, антиокислители, ароматизаторы, красители, пластификаторы, дубители и др.), придающие разрабатываемому покрытию индивидуальные полифункциональные свойства, в том числе способствующие максимальной сохранности продукта. Именно введение пищевой добавки не в продукт, а в структурную матрицу биополимера позволяет пролонгировать действие этой добавки и сводить к минимуму ее миграцию в пищу, а также при необходимости придавать покрытию требуемые функциональные свойства при иммобили-

зации минимальных количеств пищевых добавок.

Несомненно, использование съедобных пленок и покрытий особенно актуально при производстве такой дорогостоящей продукции, как мясная, поскольку продукты из мяса, обладающие высокой пищевой и биологической ценностью, наиболее востребованы в пищевой промышленности. Кроме того, мясная продукция - весьма трудоемкая в производстве, скоропортящаяся и дорогостоящая.

Чаще всего без упаковки выпускается деликатесная цельнокусковая продукция, которая в процессе производства и хранения претерпевает ряд изменений, существенно отражающихся на ее качестве: происходят естественные потери массы (усушка), окисление жиров (прогоркание) и заражение поверхности готового продукта нежелательной микрофлорой (плесенями, дрожжами и бактериями). В связи с изложенным в настоящее время появляется очевидная необходимость в разработке пленкообразующих составов для получения съедобных покрытий, предназначенных для защиты мясных деликатесных продуктов и позволяющих максимально сохранить высокое качество готового продукта, а также увеличить срок его годности.

В настоящее время известен целый ряд работ, посвященных разработке съедобных защитных покрытий, как для мясных отрубов, так и для готовых мясных продуктов с использованием самых разнообразных пленкообразо-вателей.

Например, в Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий для защиты мясных продуктов получены пищевые покрытия на основе хито-зана в сочетании его с крахмалом или желатином [1]. Во ВНИИ мясной промышленности им. В.М. Горбатова разработано покрытие на основе хитозана и водного раствора коллагена с включением глицерина (в качестве пластификатора) и жидкого дыма (в качестве дубителя), что позволяет увеличить

INNOVATIVE PACKAGE DECISIONS FOR FOOD PLANTS

срок годности готовых мясных продуктов [2]. Во ВНИИ птицеперерабатывающей промышленности создано защитное покрытие для тушек птицы с длительным сроком хранения, которое содержит водный раствор коллагенсо-держащего экстракта, глицерин и уксусную кислоту [3]. На основе моногли-церидов и ацетилированных моногли-церидов, включающих сорбиновую кислоту (или сорбиновокислый натрий), смесь калиевых (или натриевых) солей пальмитиновой и стеариновой кислот, глицерин и молочную кислоту, ВНИИ холодильной промышленности разработано покрытие, предназначенное для обработки поверхности мяса, мясопродуктов, птицы, рыбы и рыбопродуктов длительного хранения [4].

На основании имеющихся литературных данных и с учетом накопленного опыта создания защитных съедобных покрытий для пищевых продуктов коллективом проблемной лаборатории биологической защиты сырья и продуктов питания Московского государственного университета прикладной биотехнологии создано защитное съедобное покрытие для мясной продукции, основу которого составляют белки животного происхождения.

Белки служат отличной биополимерной основой для создания съедобных пленок и покрытий, поскольку они формируют довольно прочную протеиновую матрицу. Помимо того, что белки имеют превосходную пищевую и биологическую ценность, они еще обладают целым рядом высокофункциональных свойств, необходимых для формирования съедобных пленок. Особенно следует выделить такие основные свойства белков, как растворимость в воде, солевых растворах, пищевых маслах и жирах; совместимость с другими пищевыми ингредиентами; высокие влагосвязывающая, эмульгирующая, студнеобразующая и гелеоб-разующая способности [5]. Получаемые покрытия на основе белков, как правило, съедобны и водонераство-римы, они вязкие, эластичные, отличаются высокими барьерными свойствами (снижают проницаемость к О2 и СО2) [6]. Кроме того, несмотря на постоянно возрастающий дефицит белкового сырья, производители мясной продукции из колоссального ассортимента имеющихся на сегодняшний день упаковочных материалов все-таки отдают предпочтение белковым оболочкам, как натуральным, так и искусственным, обеспечивающим

натуральный внешним вид произведенному продукту.

Основная задача представленной разработки - создание пленкообразующего защитного состава, позволяющего получить съедобное покрытие, снижающее усушку и окислительную порчу готового продукта в период хранения и, более того, обладающее не только антибактериальным, но и про-тивоплесневым действием. Последнее особенно актуально в связи с тем, что результаты проведенного нами микробиологического анализа на мясоперерабатывающих предприятиях в период 2004-2008 гг. свидетельствуют, что основными инициаторами микробных поражений поверхности мясных продуктов питания являются аскомицет-ные грибы Eurotiales - мицелиальные (плесневые) грибы родов Pénicillium и Aspergillus, обладающие чрезвычайно высокой способностью к спорообразованию, быстрому прорастанию и активному росту. Доля вышеуказанных грибов составляет более 90 % от всех плесеней, поражающих поверхность мясных продуктов, при этом более 80 % из них приходится на долю грибов рода Penicillium.

Результаты исследования доминирующего видового состава грибов рода Penicillium, выделенных как с поверхности мясных продуктов, так и из воздуха производственных помещений, свидетельствуют о преимущественном наличии P.commune, P.rugulosum, P. chrysogenum, P. verrucosum, P. brevicompactum, P. aurantiogriseum, P.expansum и Eurotium amstelodami.

Согласно литературным данным, споры (конидии) грибов рода Penicillium и Aspergillus представляют собой особую опасность в заражении поверхности различной пищевой продукции: они толстостенны, пигментированы, гидрофобны, обладают повышенной устойчивостью к действию различных неблагоприятных факторов (холод, нагревание, воздействие ферментов, свет, давление и т. д.). Такая повышенная устойчивость конидий связана с тем, что споры данного рода грибов способны находиться в состоянии покоя (dormancy), позволяющем им выживать в неблагоприятных условиях в течение достаточно длительного времени, не теряя жизнеспособности [7].

Интересно отметить тот факт, что даже после автоклавирования спор мицелиальных грибов при температуре 121 °С в течение 1 ч у единичного количества спор все-таки сохраняется способность к прорастанию, но с большой задержкой во времени [8].

Выполненное нами исследование термостабильности конидий P. chrysogenum ВКМ FW-3088 показало, что анализируемые споры термостабильны при температуре 30 °С, при 50 °С уже более 50 % обработанных конидий теряют свою способность к прорастанию. Полученные данные свидетельствуют о большой гетерогенности изученных спор по отношению к температуре.

Конидиям мицелиальных грибов присуща и способность к быстрому прорастанию и активному росту. Они легко переносятся из окружающей среды, с поверхности оборудования и строительных конструкций перерабатывающих предприятий на поверхность пищевых продуктов, что и приводит к чрезвычайно быстрому поражению пищи видимыми колониями плесеней.

Проведенные нами исследования по изучению процесса прорастания плесневого гриба Pénicillium hrysogenum ВКМ FW-3088 в растворах, содержащих 0,2 % различных пленкообразова-телей (сухая смесь животных белков, соевый белковый изолят, пищевой желатин, ^-каррагинан, альгинат натрия, ксантан), широко используемых в настоящее время в пищевой промышленности, подтвердили необычайно высокую активность и жизнеспособность конидий исследуемого гриба. Процент проросших спор при инкубировании выбранного штамма в растворах, содержащих пленкообразователи на основе животных и растительных белков, достигал 90 % через 10-12 ч культивирования микроорганизма. В то же время в растворах, содержащих полисахариды морских водорослей ft-карраги-нан, альгинат натрия), были получены более низкие значения проросших спор: всего лишь 25-30 % через 12 ч инкубирования. Наибольший процент проросших конидий P. сhrysogenum был отмечен в растворе полисахарида микробного происхождения - ксанта-на: 90 % проросших спор наблюдалось через достаточно короткое время культивирования гриба - 9 ч.

Результаты выполненного эксперимента в очередной раз наглядно продемонстрировали способность плесневых грибов к чрезвычайно быстрому прорастанию и дальнейшему активному росту в присутствии различных питательных веществ, в особенности на пищевых субстратах, содержащих белок.

Очевидно, что разрабатываемое съедобное покрытие на основе животных белков, предназначенное для за-

ИННОВАЦИОННЫЕ УПАКОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

ТЕМА НОМЕРА

г

Рис. 1. Результаты исследования фунгистатической активности по отношению к Р. сИгузодепыт съедобного покрытия на основе животного белка «Белкатон А95»

Результаты сравнительного анализа фунгистатической активности композиций на основе животных белков

Пленкообразователь Зона подавления (мм) развития гриба Р. сИгуБодепыт ВКМ FW -3088 в течение времени наблюдения, сут

3 5 10 15

«Белкатон А95» 18 ± 3 16 ± 3 11 ± 1 8 ± 1

«GITPRO ВР» 15 ± 3 12 ± 3 4 ± 2 Нет

«Novapro» 17 ± 3 15 ± 3 7 ± 2 Нет

«Белкозин-Про» 11 ± 2 6 ± 2 Нет Нет

«Скангель А-95» Нет Нет Нет Нет

«Мепро В-95» Нет Нет Нет Нет

Рис. 2. Нанесение съедобного покрытия «Протекоут» на мясной окорок «Домашний» путем погружения его в пленкообразующий состав

щиты мясных продуктов, обязательно должно обладать эффективным проти-воплесневым (фунгистатическим) действием.

Для выбора необходимого белкового компонента на основе коллагеново-го сырья в качестве пленкообразовате-ля разрабатываемого нами съедобного покрытия был использован целый перечень существующих на сегодняшнем рынке белковых препаратов, среди которых особого внимания заслуживают: функциональная смесь «Белкатон А 95» (Россия); смесь на основе животных белков «GITPRO ВР» (Россия); натуральный говяжий белок «Novapro» (Бразилия); говяжий белок «Белкозин-Про» (Россия); белковые концентраты «Мепро В-95», «Скангель А-95» (Дания) и некоторые другие.

В результате изучения in vitro действия различных антимикробных добавок природного происхождения на рост и развитие гриба P. chrysogenum ВКМ FW- 3088 была разработана рецептура эффективной противоплесне-вой композиции, состоящая из пищевых солей молочной и уксусной кислот, взятых в определенных количественных соотношениях. Заметим, что на сегодняшний день все компоненты, входящие в разработанную рецептуру противоплесневой композиции, достаточно активно применяют в пищевой промышленности, в том числе и мясной, и в соответствии с СанПиН 2.3.2.1293-03 они не имеют ограничений по использованию.

Дальнейший этап работы был посвящен сочетанию разработанной противоплесневой композиции с каждым из вышеуказанных белковых препаратов. Полученные съедобные пленки на основе выбранных животных белков оценивали, в первую очередь, по фунгистатической активности, которая определялась размером зоны подавления роста и развития тест-культуры - штамма гриба P. chrysogenum ВКМ FW - 3088 на момент окончания эксперимента - 15 сут (рис. 1, таблица).

Результаты выполненных исследований свидетельствуют, что при введении разработанной противоплесневой композиции в структурную матрицу белка «Белкатон А95» получается съедобная пленка, обладающая наибольшим фунгистатическим действием (см. таблицу). Разработанное защитное белковое покрытие получило название «Протекоут».

Мы считаем, что для получения съедобных покрытий, обладающих проти-воплесневой активностью, на основе

других белковых препаратов необходимо осуществить эмпирический подбор противоплесневой композиции на основе других пищевых соединений, выбранных по СанПиН 2.3.2.1293-03 (см. таблицу).

Съедобное покрытие «Протекоут» на основе животного белка «Белкатон А95» было испытано в лабораторных и производственных условиях (рис. 2). Сформированная на поверхности мясной деликатесной продукции съедобная пленка способна предупредить микробные поражения поверхности готового продукта, уменьшить его усушку в процессе хранения и увеличить срок годности упакованного продукта. Таким образом, полученное на основе белков животного происхождения защитное покрытие «Протекоут» может быть использовано не только в мясной, но и в других отраслях пищевой промышленности, в том числе рыбной и птицеперерабатывающей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Динзбург Л.И. Защитные пищевые покрытия//Мясные технологии. 2008. № 1.

2. Состав для покрытия мяса и мясных продуктов. Пат. 2289931 РФ А23В4/10 № 2005114956/13. Заявл. 18.05.2005. Опубл. 27.12.2006.

3. Защитный состав для покрытия тушек птицы или мяса, или мясных продуктов для длительного хранения. Пат. 2165148 РФ А3В4/10, А23В4/20 № 99118038/13 Заявл. 18.08.1999 Опубл. 20.04.2001.

4. Антимикробный состав для покрытия мяса, мясопродуктов, птицы, рыбы и рыбопродуктов для длительного хранения. Пат. 2217919 РФ A23B4/10 № 2001128003/13 Заявл. 16.10.2001 Опубл. 10.12.2003

5. Рогов И.А., Жаринов А.И., Воякин М.П. Химия пищи. Принципы формирования качества мясопродуктов. -СПб.: РАПП, 2008.

6. Додонов А.М. Съедобные упаковочные пленки и покрытия//Хранение и переработка сельхозсырья. 1995. № 1. С. 30-34.

7. Sussman A.S., Halvorson U.O. Spores. Their dormancy and germination. - N.Y.; L.: Harper and Row, 1966.

8. Морозова Е.В., Баранова М.В., Козлов В.П., Терешина В.М., Меморс-кая А.С., Феофилова Е.П. Особенности экзогенного покоя конидий Aspergillus niger//Микробиология. 2001. Т. 70. № 5.