Содержание к диссертации
Введение
1 Современные представления о роли йода в питании человека 11
1.2 Иод и его свойства. Биологические функции йода в организме 17
1.3 Источники йода и способы обогащения им мясных продуктов
1.3.1 Характеристика неорганических источников йода
1.3.2 Характеристика природных и синтетических органических носителей йода
1.3.3 Характеристика коммерческих животных белков
1.4 Методология системного анализа, как способа улучшения качества пищевых добавок
1.5 Квалиметрический подход к интегральной оценке показателей качества объектов и их конкурентоспособности
1.6 Методика статистической обработки полученных результатов анализа Заключение к главе 1
Глава 2 Объекты, материалы и методы исследований
2.1 Характеристика объектов исследований
2.2 Методы исследований
2.2.1 Определение общего химических состава компонентов
2.2.2 Определение функционально-технологических свойств
2.2.3 Определение биологической ценности сырья и готовых продуктов
2.2.4 Определение качественных показателей готовых изделий
Глава 3 Обоснование и выбор органических носителей йода на примере коллагеновых животных белков и коммерческих белковых - концентратов
3.1 Исследование сорбционных свойств и режимов йодирования коллагеновых животных белков
3.2 Исследование сорбционных свойств и режимов йодирования коммерческих белковых - концентратов
3.3 Исследование стабильности йодированных белоксодержащих добавок
3.3.1 Исследование стабильности йодированных коллагеновых белков
3.3.2 Исследование стабильности йодированных белковых -концентратов
3.4 Исследование функционально-технологических свойств мясных фаршей, содержащих йодированную свиную шкурку и белковый концентрат PROMIL С95
3.4.1 Исследование функционально-технологических свойств мясных фаршей, содержащих йодированную свиную шкурку
3.4.2 Исследование функционально-технологических свойств мясных фаршей, содержащих йодированный белковый концентрат PROMIL С95
Заключение к главе 3
Глава 4 Применение йодис - концентрата в получении йодированных мясных продуктов
4.1 Характеристика йодис - концентрата, как источника йода, используемого для обогащения мясных продуктов
4.2 Исследование стабильности йода в мясных рубленых полуфабрикатов при использовании йодис - концентрата
Заключение к главе 4
Глава 5 Применение йодированных белковых добавок в частных технологиях получения мясных продуктов
5.1 Маркетинговые исследования рынка мясных полуфабрикатов и потребительских предпочтений
5.2 Применение йодированных животных белков в производстве рубленых полуфабрикатов
5.3 Анализ состава Б АД и его характеристик на основе методов математического моделирования
5.4 Алиментарнокорректирующие свойства йодобогащенного функционального продукта
Заключение к главе 5
Глава 6 Выбор йодсодержащих добавок на основе системного подхода и квалиметрических методов оценки
6.1 Структурирование элементов системы «Иодсодержащие добавки» и характеристика их основных требований
6.2 Алгоритм принятия решений на основе квалиметрической оценки качества объектов
6.3 Формализация построения комплексного критерия оценки качества ИД
6.3.1 Определение технологических показателей ИД для животных белков
6.3.2 Определение технологических показателей ИД для белковых концентратов
6.3.3 Сравнительная характеристика ИД, полученных на основе животных белков и белковых концентратов
Заключение к главе 6 Результаты работы и выводы Перечень использованных сокращений Список использованной литературы
- Источники йода и способы обогащения им мясных продуктов
- Определение функционально-технологических свойств
- Исследование стабильности йодированных белковых -концентратов
- Исследование стабильности йода в мясных рубленых полуфабрикатов при использовании йодис - концентрата
Источники йода и способы обогащения им мясных продуктов
В живом организме протекают сложные биохимические процессы, синтезируются нужные органические соединения, растут и делятся клетки, происходит непрерывный обмен веществ. Каждый организм для своего роста и развития требует наличия минеральных веществ. Одни элементы нужны человеку в сравнительно больших количествах: это, например, кальций, магний, железо. Другие, такие как йод и селен требуются в малых количествах. Эти элементы получили название микроэлементов.
Иод выполняет уникальную роль в жизнедеятельности человека, участвуя в обменных процессах. Его содержание в организме взрослого человека составляет 20-30 мг, причем около 10 мг находится в щитовидной железе. В нашем организме йод присутствует как в виде неорганических соединений - йодидов, так и в составе органических веществ: белка тиреоглобулина, йодированных аминокислот - монойодтиронина, дийодтиронина, трийодтиронина и тироксина, а также промежуточных продуктов их метаболизма. Его много в почках, печени и легких.
Человек получает йод из окружающей среды с пищей, водой и воздухом. Йод рассеян во всех объектах биосферы - литосфере, атмосфере, природных водах и живых организмах.
Основным резервуаром йода для биосферы служит Мировой океан (в 1 литре в среднем содержится 5x10- грамм йода).Из океана соединения йода, растворенные в каплях морской воды, попадают в атмосферу и переносятся ветрами на континенты. Местности, удаленные от океана или отгороженные от морских ветров горами, обеднены йодом. Йод легко адсорбируется органическими веществами почв и морских илов.
Эволюционные процессы, происходящие во внутренней среде наземных организмов в течение длительного времени существенным образом количественно ее изменили. Так, например, содержание солей в океанской воде в четыре раза больше, чем в плазме крови человека, а содержание йода вдвое меньше. Поглощение йода растениями зависит от содержания в почвах его соединений и от вида растений. Некоторые организмы, например морские водоросли - фукус, ламинария, филлофора, накапливают до 1% йода, губки - до 8,5% (в скелетном веществе спонгине). Водоросли, концентрирующие йод, используются для его промышленного получения. В животный организм йод поступает с пищей, водой, воздухом. В организме человека накапливается от 20 до 50 мг йода, в том числе в мышцах около 10 - 25 мг, в щитовидной железе в норме 6 -15 мг. По сути, разумный человек является концентратором йода. Этот факт подчеркивает ту уникальную роль, которую играет йод в жизнедеятельности человеческого организма.
Йод (J) - это химический элемент VII группы периодической таблицы Менделеева, порядковый номер 53, относительная атомная масса 126,90447, относится к галогенам. Конфигурация внешнего и предвнешнего электронных слоев может быть представлена 4s24p64dl05s25p5 (основное состояние).
Физические свойства йода: плотность 4,94 г/см3, температура плавления -113,5 С, температура кипения - 184,35 С. При нормальных условиях йод - это твердое вещество, плохо растворимое в воде (0,034 г /100 мл при 25 С), представляющее собой темно-синие кристаллы. Иод растворяется в органических растворителях: спиртах, эфире, сероуглероде (20 г/ 100 мл); четыреххлористом углероде (2,9 г/100 мл); глицерине (0,97 г/100 мл). Он хорошо растворим в вод ных растворах йодидов, с образованием трийодид - иона, который в химических реакциях проявляет себя как эквимолярная смесь молекулярного йода и йодид - иона.
Иод может легко переходить в газообразное состояние, минуя жидкое в обычных условиях (температуры и давления). В зависимости от рН среды он может проявлять окислительные или восстановительные свойства. В щелочной среде он окисляется до йодидов и йодатов, хорошо растворимых в воде, а в кислой - восстанавливается до молекулярного состояния и улетучивается. К важным свойствам йода относятся высокая химическая активность и способность к проявлению переменной валентности. Так он способен образовывать оксиды и кислоты, отвечающие различным степеням окисления. При взаимодействии с неметаллами (водородом, кислородом, углеродом, фтором, хлором, фосфором и кремнием) образует ковалентную связь, с металлами - ионную[105, 106].
Основным источником йода для человеческого организма является растительная пища. Продукты животного происхождения играют в обеспечении потребности организма в йоде более скромную роль. 85 - 95% йода человек получает с пищей. Вода и атмосфера в сумме дают 5 - 15%.
Иод, поступающий в организм человека в неорганической форме, из кишечника попадает в кровь или - в виде йодидов, или в виде йодированных жирных кислот, йодсодержащих аминокислот. Неорганические соединения йода в кишечнике восстанавливаются до йодид - иона, а попавшие в ток крови йодид - ионы избирательно захватываются щитовидной железой и почками, последние выводят йод из организма человека.
Данный способ обогащения йодом организма человека малоэффективен, поскольку значительная часть микроэлемента не достигает щитовидной железы. Значительными преимуществами обладают органические соединения йода, которые лучше усваиваются человеком.
В циркулирующей крови около 75% йода находится в виде органических соединений, остальная часть йода представлена йодид-ионом. Более 90% органических соединений йода представлено тироксином, связанным со специфическими тироксинсвязывающими белками плазмы: альфаглобулином, преаль-бумином и альбумином. Трийодтиронин также циркулирует в крови в связанном состоянии, но его связь с белками плазмы менее прочная. Кроме этих основных форм, в плазме крови в незначительном количестве присутствуют и другие йодированные компоненты: 2-монойодгистидин, 4-монойодгистидин, тироксамин и 4-окси-3,5-ди-йодфенилпировиноградная кислота. Эти вещества представляют собой промежуточные продукты метаболизма йодсодержащих гормонов щитовидной железы.
В печени, почках, мозге, мышцах и пищеварительном тракте содержатся йодсодержащие гормоны. При дисфункции щитовидной железы в этих органах в наибольшей степени нарушается обмен веществ. Тиреоидные гормоны контролируют скорость обмена веществ, рост и развитие организма, метаболические процессы - общий белковый углеводный и жировой обмен; промежуточный жировой обмен жирных кислот, холестерина и фосфолипидов; превращение каротина в витамин А; промежуточный белковый обмен - накопление белка в тканях, особенно в связи с гормонами роста, мобилизацию тканевых белков при неадекватном по калорийности питании; обмен витаминов, кальция, каротина; водный и электролитный обмен; функционирование всех систем организма; реакцию на лекарственные вещества; сопротивляемость инфекциям[137].
Период полураспада трийодтиронина равен 2 -3 дням,тироксина - 6-7 дням. Оказав гормональное действие, отработавшие молекулы тироксина подвергаются метаболическим превращениям. В ходе метаболизма молекулы гормонов подвергаются дейодированию, дезаминированию, декарбоксилирова-нию, этерификации фенольной группы.
Определение функционально-технологических свойств
Бактериологические показатели - по ГОСТ 9958, ГОСТ 30518 и ГОСТ 30726 [32, 44]. Органолептическую оценку проводили по 5-ти балльной шкале по ГОСТ 9959 «Продукты мясные. Общие условия проведения органолептиче-ской оценки» [41]. Оценку органолептических показателей мясных полуфабрикатов проводили по 5-ти бальной шкале. Контролировали следующие показатели: вкус, запах, цвет, внешний вид и вид на разрезе, форму изделия и консистенцию [8].
Энергетическую ценность мясных полуфабрикатов определяли по МУ 4237 [98]. планирование и статистическая обработка результатов эксперимента Все полученные экспериментальные исследования были проведены не менее чем в трех повторностях, аналитические определения для каждой пробы -в двух-трех повторностях. В таблицах и на рисунках приведены данные типичных опытов, каждое значение является средним как минимум из трех определений.
Математическая обработка экспериментальных данных проводилась методом статического планирования с помощью программ «STATISTICА». Полученные уравнения,
Для математической обработки результатов исследований использованы методы регрессионного анализа с применением многофакторного планирования и метода наименьших квадратов. Графические зависимости на рисунках представлены после обработки экспериментальных данных по методу наименьших квадратов [102], реализованные в Microsoft Excel и STATISTICA. сорбционных свойств и режимов йодирования колла-геновых животных белков
Одной из задач в сфере обеспечения здоровья человека является обеспечение микроэлементного статуса организма человека по перечню эссенциаль-ных микроэлементов, одним из которых является йод. Йод поступает в организм человека с водой, воздухом, но основная часть - с пищей. Поэтому необходим критический анализ известных путей коррекции дефицита йода в питании, среди которых наиболее предпочтительным следует признать трансформацию неорганических форм йода в органические с последующим их включением в метаболические пути микро-и макроэлементов [114].
Для промышленной реализации производства обогащенных йодом пищевых продуктов массового потребительского спроса на сегодняшнем этапе развития пищевой отрасли более реален способ получения пищевых ингредиентов, сочетающих биологическую и технологическую функциональность путем целенаправленного проектирования БАД и пищевых добавок с заданными свойствами.
При обосновании выбора исходных компонентов для проектирования йодсодержащих добавок применительно к мясным продуктам наиболее перспективным является использование биомодифицированных форм коллагено-вых белков животных тканей. При этом особый интерес представляет реализация возможностей коллагеновых белков, как носителей биологически активных веществ, в частности йода, поскольку известно, что он дополнительно балансирует аминокислотный состав мясных систем [12, 63-67].
Поэтому в нашей стране и за рубежом приоритетным направлением является максимальное использование вторичного коллагенсодержащего сырья мясной промышленности в пищевых целях, в составе различных мясных продуктов на основе сочетания мышечных и соединительно-тканных белков. Являясь одним из основных элементов соединительной ткани, на долю которой приходится около 16 % мясной туши промышленных животных, коллаген в качестве важного компонента входит в состав мяса и мясных продуктов, различных в количественном и качественном отношении. На долю коллагена приходится от 25 до 33 % общей массы всех белков живого организма.
В связи с вышеизложенным, решение вопроса о рациональном использовании вторичных сырьевых ресурсов важно, т.к. позволяет в промышленных условиях решить проблему создания мало- и безотходных технологий при одновременном обеспечении экологичности производства.
Для йодирования белков животного происхождения использовали химически чистый йодид калия. При выборе соединений йода учитывали его безопасность и заряд. Йодид калия включен в Энциклопедию лекарственных средств поэтому его безопасность не требует дополнительного подтверждения.
Проведение реакции связывания йода с белковыми носителями осуществляется с учетом рН среды, что обусловлено свойствами микроэлемента. Так, в кислой среде йод восстанавливается до молекулярного состояния и улетучивается, в щелочной среде рН 8,0 образуется гипойодид. Используемые нами для исследования белки в растворе имеют рН=6 - 6,5. Учитывая данные факторы, в растворе устанавливали рН 7,0 - 7,2.
Коллаген, керопептид и свиную шкурку обрабатывали водным раствором йодида калия различной концентрации. По истечению 24 часов определяли содержание микроэлемента.
Расчет вводимого количества йодида калия, производили по содержанию йода (76,5% в KJ). На рис.3.1 приведена диаграмма определения содержания йода, в зависимости от количества введенного KJ.
Раствор йодида калия готовили путем растворения порошка KJ в дистиллированной воде с таким расчетом, чтобы на 1,0 г животного белка (коллагена, керопептида и св. шкурки) приходилось 50, 100, 150, 200, 250 мкг йода. Процесс йодирования проводили при t = 0 - 4 С в течении 24 ч.
Исследование стабильности йодированных белковых -концентратов
Одним из показателей функциональности являются алиментарнокорректирующие свойства, т.е. способность продукта восстанавливать уровень микро-нутриента до физиологического при нарушениях деятельности нейро-гуморальной системы.
Для установления алиментарнокорректрирующих свойств функциональности - полуфабриктов рубленых, исследования проводили на крысах линии Вистар. Крыс кормили мясными продуктами, обогащенными йодированным белком PROMILC95, поскольку по результатам исследований он обладал лучшими показателями. Модель биологических исследований представлена в табл. 5.9.
Введение мерказолила и исследуемых средств производили через металлический зонд перорально. Животных фиксировали головой вверх, запрокидывая ее назад. Зонд продвигали под языком у задней стенки по ходу пищевода. По окончании эксперимента животных эвтаназировали передозировкой эфира (крысы) и цервикальной дислокацией шейных позвонков (мыши).
Для воспроизведения основных симптомов гипотириоза, учитывая патогенетические механизмы его развития, была создана модель экспериментального зоба. Мерказолил ускоряет выведение йодидов из щитовидной железы, блокирует пероксидазу и угнетает процессы йодирования тирозина с образованием и тироксина. Он активирует синтез и выделение гипофизом тиреотропного гормона, что сопровождается гиперплазией щитовидной железы.
Чувствительным индикатором минимальной тиреоидной недостаточности является изменение гормонального уровня в сыворотке крови. Опытным группам животных вводили мерказолил в дозе 25 мг/кг массы животного.
Регуляция синтеза и секреции осуществлялась по принципу отрицательной обратной связи: высокий уровень тироксина (ТТ4) и трийодтиронина (ТТЗ) подавляет выделение тиреотропного гормона (ТТГ), а низкий - стимулирует.
В экспериментах регистрировали уровень тиреотропных гормонов в сыворотке крови опытных животных на фоне гипотиреоза и при последующей коррекции с использованием ФП - полуфабриктов рубленых, обогащенных йодированным белком PROMILC95. Концентрация йода рассчитывалась на массу животного и соответствовала 200 мкг йода. Также рассматривали дозы ниже (50 мкг) и выше (200 мкг), чем среднесуточная рекомендуемая доза 200 мкг.
Введение мерказолила животным в течение 14 дней приводило к снижению уровня циркулирующих в крови тиреоидных гормонов по сравнению с контрольной группой: тироксина - в 2,2 раза, трийодтиронина - в 2 раза, при этом концентрация тиреотропного
Введение ФП - полуфабриката мясного рубленного, обогащенного йодированным белком PROMILC95 при мерказолиловом гипотериозе способствовало восстановлению показателей гормонального фона. Причем в эксперименте прослеживалась зависимость показателей от дозы микроэлемента.
Так, при введении ФП-полуфабриката мясного рубленого, обогащенного йодирован-ным белком PROMILC95 с содержанием йода 50 мкг, уровень тирео-тропного гормона снизился на 12,2 %, уровни тироксина и трийодтиронина увеличились соответственно на 98 % и 58,6 % относительно показателей в группе крыс, получавших мерказолил (рис. 5.14).
Гормональный фон в группе сотавил: ТТ4 - 89 %, ТТЗ - 80 % относительно контрольной группы и уровень ТТГ был повышен на 73,4 %. ФП - полуфабрикат мясной рубленый обогащенный йодом с концентрацией 50 мкг йода за 14 дней эксперимента не восстанавливал полностью уровень тиреотропных гормонов. Это, возможно, связано с недостаточной концентрацией йода для данного срока эксперимента.
Концентрация тиреоидных гормонов нормализовалась у животных, получавших ФП-полуфабриката мясного рубленого, обогащенного йодированным бел 119 ком PROMILC95, с дозой 200 мкг йода. Так, уровень тироксина составил 98,8 %, трийодтиронина - 91,3 %, тиреотропного гормона - 91,1% от уровня концентрации гормонов в контрольной группе животных.
Применение ФП-полуфабриката мясного рубленого, обогащенного йодированным белком PROMLLC95, с концентрацией микроэлемента 200 мкг приводило к снижению ТТГ на 26,3 %, повышению уровня ТТ4 на 64,4 % и ТТЗ на 32,8 % относительно показателей тиреотропных гормонов в группе крыс с гипотиреозом. Гормональный уровень данной группы животных не восстанавливался до уровня гормонов контрольной группы (рис. 5.14).
Вероятно, это связано с эффектом, когда большие дозы микроэлемента снижают органификацию йода и последующий синтез тиреотропных гормонов. Однако это транзитарное явление, так как щитовидная железа обладает собственным регуляторным механизмом, обеспечивающим ее нормальную функцию даже в условиях избытка йода. Синтез тиреоидных гормонов затем возобновляется, несмотря на продолжающееся избыточное поступление йода, что предупреждает развитие гипотиреоза и образование зоба - это феномен ускользания.
На основании проведенных исследований получен положительный эффект, выражающийся в нормализации гормональной деятельности щитовидной железы, что позволяет предполагать присутствие алиментарно-корректирующих свойств у разработанного йодобогащенного продукта.
На основании проведенных исследований был разработан проект нормативной документации на рубленые полуфабрикаты, обогащенные йодом (ТУ 9214-001- 2069591 - 2014), представленный в приложении А.
Исследование стабильности йода в мясных рубленых полуфабрикатов при использовании йодис - концентрата
Полученные результаты сравнительного анализа показывают, что для разработки йодированных мясных полуфабрикатов лучше использовать белок PROMIL С95.
В главе 5 табл. 5.3 были представлены данные органолептической оценки котлет при использовании в качестве носителя йода свиной шкурки, белкового концентрата PROMIL С95 и «Иодис-концентрата» и установлено, что наилучшим вариантом из всех рассматриваемых образцов котлет оказался вариант №2, в котором использовался йодированный белок PROMILC 95.
Биологическая ценность котлет, содержащих йодированный белок PROMILC 95, была выше. Таким образом, проведенные в работе исследования позволили установить, что белок PROMILC 95 является наиболее перспективной йодированной добавкой для обогащения мясных систем.
На заключительном этапе в программе STATISTICA были проанализированы данные групповых коэффициентов связывания йода, скорости связывания йода и коэффициентов функциональной эффективности и функционально-технологических свойств животного белка свиной шкурки и белкового концентрата PROMILC 95. Исходные данные для анализа представлены в табл. 6.18.
Профили предсказанных значений и функции желательности оптимальных значений групповых коэффициентов
Как следует из рис. 6.13, оптимальное значение коэффициента связывания йода равно 0,68, а скорости связывания йода 6,83, тогда значение группового коэффициента, характеризующего ФТС модельного фарша будет равно 1,38, а коэффициента функциональной эффективности - 49,515.
Далее были построены графики 3-х мерных зависимостей и получены уравнения В данной главе проведен системный анализ системы «Иодированные пищевые добавки». Разработаны: структурная схема данной системы и ее графовая модель. Все добавки классифицированы по группам по происхождению, природе носителя, виду матриксов.
Определены требования, предъявляемые к системе. Все они структурированы на внешние и внутренние.
Внешние требования включают требования потребителей, предъявляемые к мясным продуктам, содержащим йодированные ПД, а внутренние: технологические и производственные, возникающие при производстве мясных продуктов в которых используются йодированные ПД.
Технологические, входящие в состав внутренних требований, можно разделить на: основные и дополнительные.
Основные требования характеризуют способность ПД связывать йод. При этом количество йода в мясных системах будет определяться такими показателями, как степень связывания его носителем, скорость связывания, потери при тепловой обработке и функциональная эффективность.
Производственные требования, обеспечивают удобство доставки, качество упаковки партий, качество технологических инструкций, наличие нормативной документации.
Опираясь на данную классификацию, построены «Дерево свойств» и алгоритм принятия решений при квалиметрической оценке качества ЙД, выполнен анализ ЙД, которые использовались в данной работе.
Для построения комплексного критерия оценки качества ЙД предложена процедура формализации, основанная на поэтапной декомпозиции системы ЙД выделении и оценки ее единичных показателей (ЕЩ), определении закономерностей их изменения, в зависимости от дозы, продолжительности и температуры воздействия, а также функциональной эффективности.
На втором этапе проводится оценка единичных показателей. При этом, для сравнительной их оценки и расчета групповых показателей все они были приведены к единой размерности. Для этого введены безразмерные коэффициенты, адекватно описывающие анализируемые показатели.
Затем на основе единичных показателей проводили расчет группового и по шкале порядка определяли наиболее значимый в группе.
Было установлено, что в группе животных белков лидером является свиная шкурка, а в Сравнительный анализ органических носителей - матриксов показал, что лучшими технологическими показателями и функциональной эффективностью обладает белковый концентрат PROMIL С95, что позволило рекомендовать его для разработки новых йодированных котлет функционального назначения.
Похожие диссертации на Разработка и квалиметрическая оценка качества йодсодержащих пищевых добавок для производства мясных рубленых полуфабрикатов
