Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 7
1.1 Роль кальция в биологических системах 7
1.1.1 Кальцийсвязывающие белки. Строение и свойства 9
1.1.2 Влияние ионов кальция на биохимические изменения в мышечных волокнах 15
1.2 Современные представления о процессах ионотропного структуробразования в мясных системах 18
1.2.1 Влияние ионов металлов на функциональные свойства белков. 19
1.2.2 Ионотропное структурирование полисахаридов 23
1.3 Особенности макроэлементного состава сырья и материалов, используемых в технологии мясопродуктов и их потенциальное значение 25
1.4 Кальцинирование мясных систем 28
Заключение к обзору литературы 32
Глава 2. Экспериментальные исследования
2.1 Цель и задачи исследования 33
2.2 Схема постановки эксперимента и условия проведения опытов 34
2.3 Объекты исследований 38
2.4 Методы исследований 41
2.5 Оценка Са-донорской функции некоторых компонентов рецептур мясопродуктов 48
2.5.1 Сравнительная оценка уровня содержания кальция в некоторых видах сырья животного происхождения 48
2.5.2 Сравнительная оценка основных качественных показателей технологической воды и поваренной соли, используемых при производстве мясопродуктов 53
2.6 Аналитико-экспериментальное обоснование возможности применения гемокоагулографического метода (ГКГМ) для изучения кинетики гелеобразования пищевых гидроколлоидов 59
2.6.1 Особенности использования методики при изучении кинетики гелеобразования систем на основе белковых препаратов 64
2.6.2 Особенности реализации гемокоагулографического метода при изучении кинетики гелеобразования систем на основе каррагинанов 71
2.7 Изучение влияния концентрации кальция на кинетику гелеобразования и свойства гелей коммерческих белковых препаратов 76
2.8 Влияние концентрации ионов кальция на свойства мясных фаршевых систем 85
2.8.1 Изучение влияния концентраций ионов кальция на структурно-механические свойства модельных мясных систем 85
2.8.2 Влияния ионов Са на основные качественные характеристики мясных систем 91
2.8.3 Изучение влияния концентрации СаС12на соотношение ионизированного и общего кальция в модельных мясных системах...98
2.9 Изменение состояния мышечных белков при варьировании ГСа2+1 ... 103
2.10 Основные принципы регулирования свойств белоксодержащих систем путем их кальцинирования 106
Выводы 108
Список литературы по
Приложения 124
- Современные представления о процессах ионотропного структуробразования в мясных системах
- Оценка Са-донорской функции некоторых компонентов рецептур мясопродуктов
- Особенности реализации гемокоагулографического метода при изучении кинетики гелеобразования систем на основе каррагинанов
- Изменение состояния мышечных белков при варьировании ГСа2+1
Введение к работе
Актуальность работы Формирование качественных характеристик пищевых продуктов сопряжено с реализацией определенных функционально-технологических свойств базовых ингредиентов рецептуры и, в первую очередь, белков как основных структурообразователей пищевых систем. При этом процесс их межмолекулярного взаимодействия существенно изменяется под действием различных физико-химических факторов, что оказывает непосредственное влияние на свойства готовой продукции.
Учитывая, что многие структурообразователи (изолированные мышечные белки, фибриноген, казеин и др.) активно проявляют выраженную ионотропную зависимость, значение ионов Са4* в стабилизации структурных матриц мясопродуктов явно недооценивается. При этом литературные данные свидетельствуют о наличии во многих ингредиентах рецептур (мясное сырье, молочная сыворотка, обезжиренное молоко, мясо механической дообвалки, субпродукты, коллагенсодержащее сырье, вода, поваренная соль и др.) весьма значительных количеств кальция (60-1200 мг%), как в связанном, так и в ионизированном состоянии, что позволяет рассматривать некоторые из них в качестве доноров Са**. Исходя из этого, варьирование концентрации Са++ в системе безусловно будет приводить к непредсказуемым изменениям качественных характеристик готовой продукции.
Вторым важным аспектом использования кальция является вопрос его дефицита в питании современного человека, в связи с чем направление, связанное с созданием ассортимента изделий лечебно-профилактического назначения, обогащенных легкоусвояемыми формами кальция, является одним из самых актуальных. В то время как уровни количественного содержания кальция в рационах питания в настоящее время уже обоснованы и определены медико-биологическими требованиями, проблемы технологического характера до сих пор остаются не изученными. При этом имеющиеся публикации, посвященные изучению влияния Са+> на процессы мышечного сокращения, глубину и характер автолиза, а также на физико-химические свойства мышечных белков и пищевых гидроколлоидов, часто носят фрагментарный и противоречивый характер, что во многом обусловлено отсутствием как базы данных, так и доступных методов, позволяющих всесторонне оценивать кинетику гелеобразования гидроколлоидов.
Изучение механизма ионотропного структурирования и изменения свойств ингредиентов пищевых систем в зависимости ог количественного содержания ионов кальция создает предпосылки как для направленного пргупирпяаниа
свойств мясных систем и модификации ей готовой
БИБЛИОТЕКА г
3 СИ
aeryj Ііл є
продукции, так и для разработки лечебно-профилактических продуктов, о чем свидетельствует опыт получения самоструктурирующихся комплексных систем на основе плазмы крови путем ее рекальцинирования за счет природной Са-донорской функции (Рогов И.А., Липатов Н.Н., Кудряиюв Л.С, Жаринов А.И., Макарова Л.Б., Нелепое Ю.Н., Жердева М.Ю., Takahashi К., Sugita Н., Ye A., Singh Н., Schmidt G.R. и др.).
Цель и задачи исследования
Целью настоящей диссертационной работы являлось изучение и обоснование возможности регулирования кинетики процессов гелеобразования и свойств белоксодержащих систем при их кальцинировании, осуществляемое с учетом использования биотехнологического потенциала сырья и ингредиентов или путем дополнительного кальцинирования.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Для расширения базы данных, характеризующей Са**-донорскую функцию
компонентов рецептур мясопродуктов, оценить уровень содержания общего и ионизированного кальция в группе сырья животного происхождения, провести мониторинг состава поваренной соли и технологической воды;
-
Оценить возможность использования гемокоагулографического метода для изучения кинетики процесса гелеобразования группы гидроколлоидов, наиболее широко используемых в технологии мясопродуктов;
-
Изучить влияние ионов кальция на процессы структурирования модельных систем на основе белковых препаратов растительного (соевые) и животного (коллагенсодержащее сырье и плазма крови) происхождения и на свойства получаемых гелей;
-
Исследовать характер изменения структурно-механических (вязкость, деформация, модуль сдвига, пластичность и ПНС), физико-химических (ВСС, рН, Aw) и технологических (выход) показателей мясной системы в зависимости от концентрации ионов кальция;
-
.Установить динамику содержания общего и ионизированного кальция и их
соотношений в мясных системах при варьировании концентрации CaCI2;
-
Изучить влияние ионов «кальция на состояние миофибриллярных и саркоплазматических белков мышечной ткани;
-
На основании полученных результатов сформулировать научно-практические рекомендации по получению белоксодержащих систем с заданными свойствами путем регулирования концентрации С а.
Научная новизна Установлена зависимость содержания общего и ионизированного кальция в биологическом сырье от его состояния, рН и термообработки.
Обоснована возможность применения гемокоагулографического метода для описания кинетики структурообразования гидроколлоидов: СБП и каррагинанов. Предложены параметры проведения исследований на приборе ГКГМ1-03, обеспечивающие получение достоверных эластограмм, специфичных для изучаемых объектов.
На основании результатов гемокоагулографических исследований
выявлены диапазоны [Са**], вызывающие ингибирование процесса
гелеобразования у пяти видов белковых препаратов растительного и животного
происхождения.
В результате изучения динамики основных физико-химических и технологических показателей модельных мясных систем и электрофоретических исследований саркоплазматических и миофибриллярных белков установлен факт агрегационных изменений белков на уровне всех молекулярных фракций в присутствии 90-100 ммоль Са, сопровождающийся снижением уровня влагосодержания, величины ВСС, выхода, увеличением прочности, ПНС и Aw.
Ионометрическими исследованиями установлено, что при концентрации CaCfe 0-60 ммоль большая часть Са-ион в исходных и термообработанных системах находится в связанном с белками состоянии.
Практическая значимость Результаты экспериментального определения содержания общего и ионизированного кальция в некоторых компонентах рецептур использованы для расширения банка данных по макроэлементному составу сырья и ингредиентов, необходимого для осуществления компьютерного проектирования рецептур самоструктурирующихся мясных систем и мясопродуктов, обогащенных кальцием.
Предложенный гемокоагулографический метод оценки кинетики гелеобразования пищевых гидроколлоидов рекомендован Учебно-методическим объединением по образованию в области технологии сырья и продуктов животного происхождения для использования при обучении студентов специальностей 271500. 070100, 072000 и 270900; издан в качестве методических указаний и используется в учебном процессе в МГУПБ и Сев-КавГТУ с 2003 г.
Данные, характеризующие влияние ионов кальция на свойства белоксодержащих систем, будут использованы с целью регулирования качественных характеристик и уровня выходов мясопродуктов, обогащенных
кальцием, а также для утверждения дополнительных требований, предъявляемых к поваренной соли и воде, используемыхдля производства мясных продуктов.
Апробация работы Результаты диссертационной работы были представлены на: Международной научной конференции «Химическое образование и развитие общества», М., 2000; 4-й Международной научно-практической конференции «Пища, экология, человек», М., 2001; Международном симпозиуме «Федеральные и региональные аспекты государственной политики в области здорового питания», Кузбасс, 2002; Международной научной конференции «Живые системы и биологическая безопасность населения», М., 2002; 5-й Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Человек», М., 2003; Международной научной конференции «Системные технологии продовольственного сырья и пищевых продуктов», М., 2003.
Публикации По результатам проведенных исследований опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, ~f(P глав экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и 9 приложений. Работа содержит ~fZZ страниц, ,2-ЗГтаблиц и 2-^рисунков. Библиография включает /'^''наименований.
Современные представления о процессах ионотропного структуробразования в мясных системах
Мясные продукты являются сложными комбинированными дисперсными системами, устойчивость которых зависит от типа, свойств и концентрации присутствующих структурообразователей, в основном белков, условий среды (температура, рН, ионная сила) и ряда других факторов. При этом макроэлементный состав среды оказывает существенное влияние на процессы межмолекулярного взаимодействия соединений и, собственно, на химико-технологические характеристики (структурно-механические свойства, водо-связывающая и жироудерживающая способность) получаемых мясопродуктов. Процесс гелеобразования заключается в формировании пространственной структуры, способной удерживать в межполимерном пространстве воду, микро- , макро- и морфологические элементы [36. 44, 45, 73, 87]. В силу наличия в мясной системе разнородных по природе, структуре и свойствам высокомолекулярных веществ (в первую очередь, белков), процесс гелеобразования протекает с вовлечением практически всех типов связей (водородных, пептидных, дисульфидных мостиков, сил гидрофобного или электростатического взаимодействия) [29,39,40,106,143 ]. Переход системы в гелеобразное состояние осуществляется различными способами, наиболее распространенными из которых являются: термотропное структурирование (нагрев и охлаждение жидкой системы) и ионотропное (изменение ионного состава системы) [45, 87]. При этом изучение процессов гелеобразования осуществляется различными методами [11, 12, 23, 52, 53], большинство из которых не дают возможности объективно оценить кинетику процесса. Возможность регулирования направленности и скорости биохимических и коллоидно-химических процессов и изменение свойств отдельных ингредиентов пищевых систем в зависимости от количественного содержания определенных катионов, в частности кальция, создает предпосылки для получения готовой продукции с заданными технологическими показателями. Белки, как известно, являются основным функциональным ингредиентом мясных систем.
При этом аминокислотный состав белка, структура и состояние молекулы в первую очередь определяют его физико-химические и функциональные свойства, обеспечивающие взаимодействие белок-белок (гелеобразование); белок-вода (набухание, водосвязывающая способность и растворимость); белок-липиды (жиропоглощающая, жироудерживающая и эмульсионная способность). Термодинамически выгодные контакты с внешней средой и между спиралями белка обеспечиваются за счет взаимной стабилизации вторичных и третичных структур: молекула образует довольно жесткий спиральный каркас (вторичная структура), который окружен значительно более быстро движущимися боковыми группами. При этом аминокислоты с неполярными боковыми цепями находятся во внутренних частях глобул. Остатки с объемными гидро фобными цепями, не попадающие во внутреннюю часть, спрятаны от контактов с водой в щелях, образованных цепями вблизи поверхности. Тем самым создаются предпосылки регуляции специфичности химических реакций [73,98]. Введение нейтральных солей щелочных металлов вместе с диполями воды способствует образованию двойного электрического слоя и повышают гидратацию белковой молекулы [78].
В тоже время присутствие двухвалентных катионов вызывает снижение гидратации [117, 158] вследствие формирования пространственных сшивок между пептидными связями, в процессе которого участвуют СООН-группы [78, 118]. По данным Соколова А.А., общее количество ионов электролитов, связываемых белками, в 10-20 раз меньше кислотной емкости белка [78]. Исследования кинетики гелеобразования белков показали, что свойства и прочность гелей зависит от концентрации белка, заряда макромолекул, наличия и вида ионов металлов, температуры [44, 143]. Введение электролитов в раствор белков сопровождается конформационным переходом молекулы (клубок о спираль), что способствует процессам ассоциации и структурирования, а так же изменением заряда, сдвигом изоточки белка и, как следствие, изменением свойств (помутнение раствора, уменьшение осмотического давления, изменение вязкости и растворимости) [9,28, 58, 60]. Установлено, что характер действия солей щелочных и щелочноземельных металлов зависит от их концентрации. В низких концентрациях (меньше 2-3 N) они повышают растворимость, при этом действие 2-х валентных ионов эффективнее, чем одновалентных [58, 78]. При значительном повышении концентрации нейтральных солей растворимость белков снижается (изоэлектрическое состояние), при очень высоких - белок может полностью выпасть в осадок (явление высаливания) [44, 55]. В частности, подобный эффект хорошо известен при использовании хлорида кальция при изготовлении творога и сыра [30]. При этом действие смеси солей может быть различно, т.к. ионы обладают либо антагонистическим (CaCb+MgCb), либо синергетическим (NaCl+CaCl2) действием [58]. Согласно литературным данным, изолированные белки и коммерческие белоксодержащие препараты на их основе неадекватно реагируют на введение в систему ионов Са .
Так, в работах Гуровой установлено, что растворимость интактного казеината натрия уменьшается при концентрации хлорида кальция выше 0,02 моль/л. После термообработки при 95 С растворимость белка медленно возрастает при увеличении концентрации хлорида кальция выше 0,1 моль/л, что можно объяснить диссоциацией агрегатов молекул белка при высокой ионной силе [22]. Растворимость соевых изолятов Супро 760 резко падает при концентрациях хлорида кальция 0,002 моль/л. При концентрации более 0,1 моль/л растворимость возрастает до 100 %. Термообработка не оказывает влияния на растворимость этих белков в присутствии хлорида кальция [22]. Установлено, что введение СаС12 (0-150 ммоль) в водожировую эмульсию повышает эмульгирующую способность соевых белковых изолятов, что обусловлено смещением рН от ИЭ точки белка и накоплением заряда на поверхности частиц, способствующих их электростатическому отталкиванию. При этом действие ионов кальция зависит от рН среды [131,132]. По данным ряда авторов введение ионов кальция (от 0 до 15 ммоль) повышает растворимость и степень гелеобразования сывороточных белков. При этом увеличивается мутность и жесткость полученных гелей [22, 105], так как 4 1 Са способствует более интенсивному взаимодействию белков за счет формирования дополнительных ионных мостиков [29]. Отмечено также уменьшение эмульгирующих свойств сывороточных белков при добавлении СаС12 [161]. Имеются данные о влиянии ионов металлов и, в первую очередь кальция, на коллоидно-химическое состояние мышечных белков [58,61, 78, 109]. Так, миозин в присутствии небольших количеств нейтральных солей щелочных и щелочноземельных металлов образует миозинат. Соли натрия осаждают миозин при концентрации солей 0,04%, соединения Са и Mg уже в
Оценка Са-донорской функции некоторых компонентов рецептур мясопродуктов
Анализ литературных данных показал, что многие структурообразова-тели, и в частности белки (изолированные мышечные белки, фибриноген, казеин и др.), активно проявляют Са-ионотропную зависимость. Одновременно, некоторые виды сырья и вспомогательных материалов, используемых в колбасном производстве, могут обладать выраженной Са-донорской функцией и при определенных условиях эффективно инициировать процессы структури-рования мясных систем. При этом известно, что содержание Са в биологическом сырье может широко варьировать в зависимости от физико-химических факторов. Таким образом, ионотропное структурообразование белков возможно лишь при наличии в системе определенного количества Са2+ и условий среды. С учетом этого, для максимальной реализации технологического потенциала биологического сырья, при проектировании рецептур мясных продуктов важно знать не только макроэлементный состав сырья, но и степень варьирования в нем количества ионизированного кальция. С целью расширения информационной базы данных, характеризующей макроэлементный состав сырья и ингредиентов, на следующем этапе работы было экспериментально определено содержание общего и ионизированного кальция в группе сырья животного происхождения (мяса, птицы и рыбы), а так же проведен комплексный анализ образцов поваренной соли и технологической воды, используемых на мясоперерабатывающих предприятиях различных регионов РФ. В качестве объектов исследований использовали: говядину в/с и 1 с, куриное мясо (белое и красное), мясную массу механической дообвалки, речную и морскую рыбу (рыбное сырье применяют при производстве полукопченых и варено-копченых колбас в Калмыкии и на Дальнем Востоке).
Количественное определение общего и ионизированного кальция осуществляли ионометрическим методом. Полученные экспериментальные данные (табл. 2.5) свидетельствуют о том, что при фиксированных значениях рН среды содержание общего кальция в различных видах сырья колеблется в широких приделах (от 10,5 до 53,4 мг%), что, в целом, согласуется с литературными данными. Максимальная его концентрация характерна для морской рыбы и белого куриного мяса, что позволяет рассматривать данные виды сырья в качестве реальных доноров кальция. различий в содержании общего кальция в красном и белом мясе курицы. Как показали результаты исследований, его концентрация в белом мясе достигает 42 мг/ЮОг. Установлено, что доля ионизированного кальция в сырье не имеет прямой корреляции с общим его количеством, и в первую очередь зависит от вида сырья — наиболее высокое содержание Са2+ обнаружено в говядине высшего сорта и белом курином мясе. Дальнейшие исследования были направлены на изучение влияния различных факторов (значение рН, состояние сырья, термообработка) на изменение содержания ионизированного кальция в системе.
Для оценки влияния состояния сырья на динамику количественного 9-і соотношения общего кальция и Са была использована говядина в/с охлажденная и размороженная, как до, так и после термообработки. Полученные результаты свидетельствуют о том, что, несмотря на более низкий уровень содержания общего кальция, количество ионизированного Са в размороженном сырье значительно превышает его концентрацию в охлажденном мясе (табл. 2.6), что согласуется с результатами Соловьева В.Н и Asghar (1978) [69, 80], по мнению которых большая часть кальция в процессе созревания мяса связывается с актином. Кроме того, по всей видимости, в процессе замораживания/размораживания происходит частичная денатурация белка, сопровождающаяся изменением заряда белка и нарушением его связей с ионами Са2+. Термообработка (до t=72±2 С в центре образца) снижает содержание общего кальция в говядине, что обусловлено, видимо, частичным переходом его в мясной бульон [80]. При этом доля ионизированного кальция меняется в зависимости от состояния сырья. Показано, что в охлажденном сырье количество Са увеличивается, что совпадает с данными Нелепова Ю.Н. [65], который исследовал влияние термообработки на степень освобождения ионов кальция в говяжьем вымени. По-видимому, этот эффект обусловлен тем, что в процессе нагрева происходит денатурация белка и разблокирование связей «белок-кальций». Одновременно в размороженной говядине, в результате воздействия температур происходит снижение концентрации Са .
Возможно, данное явление связано с тем, что в процессе дефростации в мышцах освобождается большое количество ионов кальция, часть из которых в процессе термообработки поступает в бульон, другая часть физически включается в агрегаты мышечных белков. В частности, подобный факт был обнаружен при нагревании Р-лактоальбумина в присутствии ионов кальция [36]. При этом было установлено, что при диализе Са освобождается гораздо медленнее из денатурированного белка, что имеет важное технологическое значение, поскольку возникает необходимость завершения процесса структурирования в мясопродуктах до процесса термообработки. Исходя из этого, в случае необходимости, для наиболее полного освобождения ионов Са2+ из нативных белков необходимо использовать другие физико-химические факторы. Из литературных данных известно, что содержание Са в биологических объектах во многом зависит не только от типа системы, но и от уровня рН [33, 35, 65], в связи с чем, полученные экспериментальные данные при фиксированных значениях рН, не отражают в полной мере представления о фактическом потенциальном запасе кальция в различных видах сырья. На основании этого на следующем этапе изучали влияние рН среды (в диапазоне, наиболее характерном для мясных продуктов - 5,5-7,2) на степень высвобождения Са-ион. Полученные результаты (Рис 2.3) свидетельствуют о том, что при смещении значений рН среды в кислую сторону концентрация кальций-ион в системе снижается вне зависимости от вида сырья, что совпадает с данными, полученными ранее [33, 35, 56, 60, 65]. При этом в наибольшей степени изменения наблюдались в фаршах, приготовленных на основе говядины и куриного мяса. Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о том, что уровни содержания общего и ионизированного кальция в биологических объектах варьируют в широких пределах как в зависимости от вида сырья, так и от рН и температуры. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы для формирования банка данных по макроэлементному составу компонентов рецептур, который необходим при проектировании комбинированных самоструктурирующихся мясных систем, а так же для расчета уровня содержания кальция при конструировании мясопродуктов, обогащенных кальцием.
Особенности реализации гемокоагулографического метода при изучении кинетики гелеобразования систем на основе каррагинанов
Известно, что структурообразующие свойства препаратов каррагинанов зависят как от их фракционного состава, так и от условий среды (температура гидратации, рН, присутствие ионов одно- и двухвалентных металлов) [3, 103, 125, 156]. Учитывая, что процесс гелеобразования каррагинанов после окончания высокотемпературной обработки (при 70-85 С) происходит в диапазоне t = 45 - 35С, при адаптации гемокоагулографического метода к данным объектам, ориентировались на температурные диапазоны работы термостата прибора. В частности, с учетом специфики процесса гелеобразования каррагинанов температурный диапазон был расширен до 20 - 37 - 50 С. При отработке и оптимизации параметров измерения первоначально в качестве объектов исследования были использованы коммерческие препараты каррагинанов марки «Люксара». Однако наличие в них ионов К+ и камеди рожкового дерева существенно повышало вязкость и температуру гелеобразования, в связи с чем, в силу технических возможностей прибора, осуществить регистрацию процесса структурирования не представлялась возможной. По этим причинам комплексный препарат «Люксара» заменили препаратом чистого к-каррагинана.
Для апробации метода и определения возможности прибора объективно оценивать процесс структурирования каррагинанов были выполнены исследования по изучению влияния различных факторов на кинетику гелеобразования объекта. Исходя из общепризнанных теоретических представлений о влиянии концентрации, наличия ионов металлов и продолжительности хранения на интенсивность процессов гелеобразования каррагинанов, были подобраны условия, позволяющие сопоставить данные гемокоагулограмм с полученными по классическим методикам результатами измерения CMC гелей. При проведении исследований образцы готовили следующим образом: водные суспензии каррагинана предварительно нагревали на водяной бане при температуре (85±1)С до достижения температуры (80±1) С и выдерживали 15 мин. После этого горячей пипеткой отбирали 0,25 мл раствора, помещали его в микрокювету гемокоагулографа, предварительно разогретую до 50 С. Для установления заданной температуры сначала нагревали термостат прибора до 37 С, затем включали кнопку ТЕМПЕРАТУРА для нагрева до 50 С. Кювету устанавливали в гнездо термостата и сразу отключали регулятор температуры при помощи тумблера. Включали секундомер с момента помещения раствора в ячейку. На потенциометре снимали показания прибора до установления максимальной амплитуды Ат. В момент изменения вязкости системы при охлаждении отмечали значения температуры начала структурирования (t пика, С) и температуру фазового перехода в гель-форму (tr, С). На основании полученных эластограмм определяли параметры гелеобразования для каждого из исследуемых объектов. В качестве основных показателей были выбраны (рис. 2.7): to - период перехода жидкой системы в вязко-упругую (мин). Отражает скорость взаимодействия гидрофобных групп макромолекул; Сравнение эластограмм, полученных при формировании матрицы фибрина, белковых препаратов и каррагинанов, выявили принципиальные различия в процессах структурирования.
Обозначенная на эластограммах каррагинанов зона фазового перехода А„ свидетельствует о высокой разрешающей способности прибора применительно к данным объектам. В результате моделирования были определены оптимальные концентрации препарата, позволяющие получать устойчивые гели. Показано, что наиболее достоверные данные характерны для растворов к-каррагинана с концентрацией 1-2%. Результаты, представленные в таблице 1 (приложение 2), свидетельствуют о том, что увеличение концентрации сопровождается ростом упруго эластичных свойств гелей, при этом интенсивность гелеобразования (увеличение угловой константы и амплитуды гемокоагулограммы) возрастает при сокращении общего периода структурообразования. На следующем этапе для оценки чувствительности метода были выполнены комплексные исследования по изучению влияния различных концентраций ионов одно- и двухвалентных металлов на кинетику гелеобразования и изменение свойств полученных гелей в процессе хранения. В качестве объекта использовали 1%-ный раствор препарата к-каррагинана, в который вносили растворы хлоридов калия и кальция в количестве 0,25, 0,5 и 1%. Полученные гели выдерживали в течение 1 и 3-суток при температуре +4-8 С и оценивали свойства систем по параметрам полученных эластограмм и результатам инструментального определения CMC. Анализ экспериментальных данных (табл. 2,3 приложения 2) показал, что динамика основных показателей изменения эластичности и упругости гельного сгустка коррелирует с классическими методами измерения ПНС гелей (рис 8). Внесение в систему ионов К+ и Са2+ повышает интенсивность гелеобразования, которая выражается в увеличении угловой константы и сокращении времени гелеобразования. При этом ионы кальция способствуют образованию более прочных гелей, что согласуется с литературными данными. В процессе хранения полученных гелей выявленная динамика сохраняется.
При этом, вследствие образования большего количества межмолекулярных связей, увеличение прочности гелей сопровождалось возрастанием синерезиса систем. Оценка полученных результатов показала, что разрешающая способность прибора позволяет фиксировать изменения в процессах структурирования каррагинанов под влиянием различных факторов, и, в частности, таких как варьирование концентрации гидроколлоида, периода выдержки и содержание ионов металлов. Таким образом, обсуждение и анализ результатов, представленных в разделе 2.6, позволяет придти к заключению о том, что гемокоагулографический метод, после соответствующей модификации параметров измерения, может быть использован для изучения кинетики гелеобразования как белоксодержащих препаратов растительного и животного происхождения, так и каррагинанов. Установлено, что данные гемокоагулографического анализа с достоверной точностью коррелируют с результатами, полученными по классическим методам. Предложенная методика прошла апробирование на кафедре «Химия пищи и биотехнология» МГУПБ, была рассмотрена на заседании ученого совета факультета «Прикладная биотехнология», прошла рецензирование, утверждение и издана в виде методических указаний \32], которые используются с 2004 года в процессе подготовки студентов МГУПБ и Сев-КавГТУ по специальностям 271500, 070100, 072000 и 270900. Усовершенствованная авторами методика была использована в дальнейшей работе для изучения кинетики структурообразования белковых препаратов при их кальцинировании.
Изменение состояния мышечных белков при варьировании ГСа2+1
С целью получения объективной информации, обеспечивающей возможность объяснения причин неадекватной динамики свойств мясных систем при варьировании концентрации СаСЬ, на заключительном этапе исследования был изучен характер изменения фракционного состава миофибриллярных и саркоплазматических белков путем их электрофоретического разделения в ПААГ (приложение 5). Результаты, представленные в табл. 15 показывают, что реакция отдельных фракций саркоплазматических белков (как высоко-, так и низкомолекулярных) на наличие Са в системе неоднозначна. При анализе полученных форезограмм установлено возрастание площади пиков по мере увеличение концентрации кальция в диапазонах: - 0-120 ммоль для белков с молекулярной массой 63-65 и 46-48 кДа (пик № 1,4); - 0—60 ммоль для белков с молекулярной массой 54-58 кДа (пик № 2, №3); - 0-90 (для систем на основе охлажденного сырья), 0-60 ммоль (для систем на основе размороженного сырья) для низкомолекулярных белков (пик № 9). При этом количество фракций белков и их концентрация, выделенные из мясной системы, полученной на основе размороженного мяса значительно выше, по сравнению с фореграммами белков, полученных из системы на основе охлажденного сырья. Показано, что максимальная агрегация миофибриллярных белков (табл. 16), о чем свидетельствует увеличение количества фракций и возрастание площади пиков форезограмм, наблюдается при внесении СаСЬ в количестве 0-60 ммоль. Следовательно, полученные данные подтверждают высказанное нами ранее предположение о связывании белками ионов кальция в количестве 60 ммоль.
При этом отмечено резкое снижение количества высокомолекулярных белков и возрастание низкомолекулярных фракций в диапазонах 90—160 ммоль Са. Таким образом, на основании выполненных нами электрофоретических исследований был установлен факт изменения степени агрегации и взаимодействия белков на уровне всех молекулярных фракций. Наиболее выраженные изменения, как саркоплазматических, так и миофибриллярных белков, проявляются в диапазоне концентраций СаСЬ 90-120 ммоль. Показано, что максимальное связывание миофибриллярными белками ионов кальция возможно при содержании кальция в системе в количестве 60 ммоль. Обсуждение результатов экспериментальных исследований, их анализ и сопоставление с литературными данными позволяет прийти к некоторым научно-практическим выводам и сделать ряд рекомендаций по возможности направленного регулирования свойств белоксодержащих систем и модификации технологических показателей готовой продукции в зависимости от количественного содержания ионов кальция. Исходя из того положения, что мясные системы представляют собой многокомпонентные дисперсные белоксодержащие системы, в которых многие коллоидно-химические, физико-химические и микробиологические процессы инициируются либо подавляются введением или отсутствием кальция. Проведенный нами комплекс гемокоагулографических, физико-химических и электрофоретических исследований позволил установить требуемые уровни содержания кальция в следующих видах мясных продуктов. - при замене мясного сырья - не более 20 ммоль; - эмульгированные с высокими выходами (вареные колбасы, сосиски, сардельки) - не более 60 ммоль; - с ограниченным содержанием влаги (полукопченые и варено-копченые колбасы) }- 60—80 ммоль; - с промежуточной влажностью (сырокопченые и сыровяленые колбасы) - 90-110 ммоль.
С учетом полученных результатов дальнейшие исследования необходимо направить на: 1. расширение информационного банка данных по количественному содержанию общего и ионизированного кальция во всех видах сырья и ингредиентов и динамике концентрации Са2+ в зависимости от физико-химических факторов. С использованием полученного банка данных разработать компьютерные программы, позволяющие рассчитывать уровни содержания общего и ионизированного кальция в многокомпонентных системах. 2. подготовку предложений по внесению дополнений в ГОСТ на соль поваренную пищевую и технологическую воду, предназначенных для использования в технологии с учетом установленных оптимальных диапазонов содержания кальция в мясопродуктах. 3. продолжение исследований в области конкретизации диапазонов по содержанию кальция в различных группах мясных продуктов с учетом особенностей технологического процесса и требуемых качественных характеристик 5. проведение обоснований выбора ассортиментной группы мясных продуктов лечебно-профилактического направления, обогащенных кальцием, с учетом использования биотехнологического потенциала сырья и ингредиентов и путем дополнительного искусственного кальцинирования.
