Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1 Биокатализ в пищевом производстве 8
1.2. Свойства ферментов 15
1.3 Источники и свойства протеаз 23
1.4 Опыт применения ферментов в технологии мясных продуктов 36
Глава 2 Объекты, материалы и методы исследований 45
2.1 Объекты и материалы исследований 45
2.2 Схема экспериментальных исследований 47
2.3 Методы исследований 50
2.4 Математическое планирование и статистическая обработка результатов эксперимента 58
Глава 3 Исследование биокаталитических свойств ферментного препарата коллагеназы 61
3.1 Исследование физико-химических свойств коллагеназы из камчатского краба 61
3.2 Кинетические характеристики и оценка субстратной специфичности 69
3.3 Исследование влияния некоторых химических реагентов на активность препарата коллагеназы 81
Глава 4 Исследование свойств мясного сырья в процессе биомодификации 89
4.1 Микроструктурные изменения мясного сырья под действием препарата коллагеназы 89
4.2 Свойства биомодифицированного мясного сырья 96
4.3 Некоторые аспекты безопасности мясных продуктов из биомодифицированного сырья 111
Глава 5 Частные технологии мясных продуктов на основе биомодифицированного сырья 121
5.1 Применение ферментного препарата коллагеназы в технологии мясных консервов 122
5.2 Получение белково-жировой эмульсии для колбасного производства 129
5.3 Использование коллагеназы в технологии цельномышечных деликатесных продуктов из говядины 143
Выводы 150
Список использованных источников 152
Приложения 167
- Свойства ферментов
- Кинетические характеристики и оценка субстратной специфичности
- Некоторые аспекты безопасности мясных продуктов из биомодифицированного сырья
- Получение белково-жировой эмульсии для колбасного производства
Свойства ферментов
Ферменты - функциональные единицы клеточного метаболизма, которые катализируют химические реакции, в результате чего происходит расщепление питательных веществ, депонирование выделяющейся при этом энергии, синтез соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности. Наиболее употребляемой считается формулировка, определяющая фермент, как белок, который благодаря своей способности к специфическому активированию других веществ, обладает каталитическими свойствами [117]. В основе утверждения о белковой природе фермента лежит обобщение того факта, что все полученные до сих пор в чистом виде ферменты представляют собой белки, а также, что ферменты вообще, независимо от того, изолированы они или нет, обладают свойствами, характерными для белков.
В настоящее время известно около 2000 различных ферментов, многие из которых успешно применяются в медицине, перерабатывающей промышленности и других отраслях народного хозяйства.
Функционирование внутриклеточных процессов при отсутствии ферментов невозможно. Ферменты являются неотъемлемой частью сложного процесса обмена веществ. Следовательно, источниками ферментов могут служить любые живые организмы.
С точки зрения промышленного производства, как показывает опыт, наиболее предпочтительными являются ферментные препараты микробного происхождения. Это объясняется быстрым приростом микробной биомассы, относительной дешевизной питательных сред и, как следствие малой себестоимостью производства. Однако, многие микроорганизмы являются условно-патогенными и патогенными, продуцируют эндо- и экзотоксины, и по этим причинам продуцируемые ими ферменты используются лишь для лабораторных исследований. Получение ферментов растительного и животного происхождения сопряжено с высокими материальными затратами и ограниченностью сырьевой базы, что объясняет их сравнительно более высокую стоимость.
Среди присущих ферментам свойств наиболее значимое - упорядоченность структурной организации, благодаря, чему ферменты, как и другие белки, способны выполнять свои специфические функции.
Исследования показывают, что все ферменты обнаруживают свойства белков. Их каталитическая активность тесно связана с сохранностью натив-ной структуры белка [30, 92, 96].
Первичная структура ферментов, как и любых белковых молекул, представляет собой последовательность аминокислотных остатков, соединенных ковалентными пептидными связями. Под вторичной структурой ферментов понимают характер укладки белковой цепи, стабилизированной водородными связями между карбонильными (СО) и аминогруппами (NH2) аминокислотных остатков. Под третичной структурой понимают характер свертывания длинной полипептидной цепи, приводящего к образованию белковой глобулы. Термин «четвертичная структура» относится к пространственной укладке субъединиц (белковых глобул), при этом рассматривается как простая димеризация, происходящая при увеличении концентрации фермента в растворе, так и образование высокомолекулярной системы частиц, содержащей несколько разных ферментов.
Если рассматривать механизм ферментативной реакции с точки зрения энергетики, общепринятым является факт, говорящий о существенном снижении ферментами энергии активации катализируемых реакций. Под энергией активации понимают количество энергии, необходимое для приведения молекул субстрата в состояние критического энергетического (переходного) уровня, при котором начинает происходить химическая реакция. Главной особенностью ферментативной реакции является то, что она протекает в составе активного комплекса, образованного в результате связывания субстрата с определенным участком молекулы фермента (активным центром, или центром связывания), к которому субстрат обладает специфическим сродством. Это взаимодействие обычно стабилизируется образованием ряда связей между группировками молекул субстрата и определенным образом расположенными группами фермента. Взаимодействие между ферментом и субстратом может осуществляться с помощью ковалентных и водородных связей, электростатических или гидрофобных взаимодействий. Активный центр, следовательно, является весьма сложной структурой, которая может составлять существенную часть молекулы фермента. Реакции, катализируемые подавляющим большинством ферментов обратимы. Из этого следует, что активный центр фермента может специфически связывать как субстрат, так и продукт. Активный центр не может одновременно точно соответствовать и субстрату и продукту, без некоторого изменения своей структуры. При взаимодействии с активным центром субстрат или продукт приближаются по своей конформации к некоторому промежуточному состоянию и, очевидно, таким образом, активируются для определенной трансформации. Эта концепция послужила для создания целого ряда теорий механизма действия ферментов - от «теории напряжения» Холдейна до «теории индуцированного соответствия» Кошланда [68, 92]. Хорошо известно, что биологические системы более чувствительны к изменениям параметров окружающей среды (температура, рН и ряд других факторов), чем большинство химических процессов в небиологических объектах. Это и является отражением свойств ферментов, от действия которых зависит функционирование биологических систем.
Влияние температуры на скорость ферментативных реакций может быть обусловлено действием ряда различных факторов. Температура влияет на стабильность фермента, на скорость распада фермент-субстратного комплекса, на сродство фермента к субстрату, на сродство фермента к активаторам и ингибиторам (если таковые есть), а также опосредованно, влияя на растворимость присутствующих в реакционной среде веществ, и даже ее рН [30, 90]. Температурная инактивация ферментов обусловлена деструкцией белковых молекул под действием высоких температур, что приводит к непрерывному уменьшению концентрации активного фермента. Скорость инактивации в растворе быстро возрастает с повышением температуры. Почти во всех случаях инактивация происходит практически мгновенно при значениях температур, близких к 100 С, в большинстве случаев критической величиной является температура около 70 С. Хотя, число ферментов, устойчивых при температурах, близких к 100 С исключительно мало, таковые иногда встречаются, например, в клетках термофильных бактерий. Примером может служить кристаллическая а-амилаза из Bacillus stearother-mophilus, сохраняющая до 90 % своей активности после инкубации при 90 С в течение 1 часа [92, 140].
Тепловая инактивация ферментов практически всегда является результатом нарушения третичной и вторичной структуры белка.
Известно, что ферменты активны только в определенном интервале рН, и в большинстве случаев для действия каждого фермента имеется определенный рН-оптимум. Наличие такого оптимума может иметь несколько причин [92, 70]: - истинное обратимое влияние рН на скорость реакции (в условиях, когда фермент насыщен субстратом;
- влияние рН на сродство фермента к субстрату (при этом падение активности будет следствием понижения насыщения фермента субстратом из-за понижения сродства);
- влияние рН на стабильность фермента.
Влияние рН на активность ферментов, подобно всем другим видам влияния рН, осуществляется путем изменения состояния ионизации различных группировок их молекул. Так как ферменты представляют собой белки, молекулы которых содержат большое количество ионизирующихся групп, то они могут находиться в виде ряда различных ионных форм, причем распределение фермента между ионными формами напрямую зависит от величины рН. Поскольку каталитическая активность наблюдается обычно в относительно небольшом интервале значений рН, можно предполагать, что только одна из ионных форм фермента (точнее, его активного центра) каталитически активна, как было предложено еще в 1911 г. Михаэлис [91]. Очевидно, что активность будет в значительной мере определяться ионизацией особых групп в активном центре или вблизи него, которые в первую очередь ионизируются при сдвиге рН в кислую или щелочную сторону от оптимума.
Кинетические характеристики и оценка субстратной специфичности
При выборе протеолитического ферментного препарата для использования огромное значение имеет его специфичность к гидролизу тех или иных белков мясного сырья, известных своей многокомпонентностью и различием функций. Условно белки мяса делят, как известно, на три группы: водорастворимые, солерастворимые, щелочерастворимые (нерастворимые) [18].
Таким образом, наиболее рациональным является целенаправленное применение ферментных препаратов, проявляющих преимущественную активность по отношению к одной или нескольким группам белков в зависимости от цели биомодификации. Так, при получении белковых гидролиза-тов, где конечной целью является полное разрушение белков независимо от их вида, наиболее эффективным является применение ферментов широкого спектра действия, что наряду с высоким уровнем активности будет являться основным критерием выбора. Если же ставится задача избирательного гидролиза какой-либо белковой фракции, степень субстратной специфичности в таком случае превалирует над всеми остальными показателями.
Показателем специфичности ферментного препарата является значение константы Михаэлиса-Ментен, представляющей концентрацию субстрата, при которой конкретный фермент обеспечивает скорость реакции, равную половине максимально возможной в данных условиях [53]. Анализ кинетики всех ферментативных реакций проводят на основе уравнения Михаэлиса-Ментен
Для исследования субстратной специфичности были использованы следующие субстраты:
- водорастворимая фракция белков мяса;
- солерастворимая фракция белков мяса;
- нативный коллаген.
Для получения фракции водорастворимых белков мяса мышечную ткань говядины тщательно освобождали от прирезей соединительной ткани, после чего навеску массой 10 г тщательно исзмельчали скальпелем на часовом стекле. К навеске измельченного сырья добавляли дистиллированную воду в массово-объемном соотношении 1:5 и проводили экстракцию на ледяной бане при непрерывном перемешивании в течение 30 минут. По истечение времени экстракт отделяли центрифугированием при 83 с"1 в течение 5 минут. Надосадочную жидкость декантировали. Концентрацию белка в экстракте определяли фотоколориметрически по цветной реакции с биуре-товым реактивом согласно методике [94]. Калибровочный график при определении белка строили по сывороточному альбумину (М=75000). За 1 мкМ экв. принимали количество белка дающее в цветной реакции с биуретовым реактивом оптическую плотность равную оптической плотности раствора сывороточного альбумина с концентрацией 1 мкМ/дм . Для проведения эксперимента экстракт водорастворимой фракции белков мяса разводили дистиллированной водой до необходимой концентрации.
Для получения раствора солерастворимой фракции белков мяса осадок, полученный при получении водорастворимой фракции переносили в ступку и растирали с прокаленным кварцевым песком, после чего добавляли реактив Вебера в массово-объемном отношении 1:5 к массе первоначальной навески мышечной ткани. Экстракцию проводили на ледяной бане при не 71 прерывном перемешивании в течение 30 мин. По истечение времени экстракт отделяли центрифугированием при 83 с"1 в течение 10 минут. Надоса-дочную жидкость декантировали. Концентрацию белка в экстракте определяли по аналогии с водорастворимой фракцией. Для проведения экспери-ментоа экстракт солерастворимой фракции белков мяса разводили дистиллированной водой до необходимой концентрации.
Для приготовления водной коллагеновой дисперсии коллаген, полученный как описано в главе 2 тщательно измельчали в ступке. Навеску измельченного коллагена суспендировали в дистиллированной воде в соотношении, необходимом для получения суспензии заданной концентрации (для коллагена принимали М=300000, влажность - 25 %). Для проведения эксперимента суспензию выдерживали при комнатной температуре в течение 2 ч при переодическом перемешивании для набухания коллагена.
Для проведения эксперимента к 5 см3 белковой фракции заданной концентрации добавляли 1см 0,1 % раствора ферментного препарата и инкубировали при 40 С в течение 10 минут (30 минут - при гидролизе коллагена). По истечение времени вносили 4 см3 4% раствора ТХУ и инкубировали 10 минут при 30 С для осаждения непрогидролизованного белка. Затем реакционную смесь фильтровали через бумажный фильтр. В полученном фильтрате определяли количество аминогрупп по реакции с нингидрином, измеряя оптическую плотность при 570 нм относительно контроля. Для приготовления контроля раствор ТХУ добавляли незамедлительно после внесения раствора фермента в субстрат. Количество образовавшихся продуктов гидролиза определяли по калибровочной кривой, построенной по L-лейцину.
Заметно, что коллагеназа, в отличие от других ферментов, проявляет неаименьшее сродство {\1КМ) к водорастворимой фракции белков мяса, при действии на солерастворимую фракцию приближается к трипсину и проявляет явно выраженное сродство к нативному коллагену, отличаясь наибольшей скоростью гидролиза этого субстрата. Следует заметить, что папайи, протосубтилин и трипсин, вероятно, не являются истинными коллагена-зами, то есть не действуют на нативный коллаген [92]. Наличие гидролиза в данном случае, видимо, обусловлено тепловой денатурацией коллагена в реакционной среде (частично денатурированный коллаген легко поддается гидролизу большинством известных протеаз), которая возникает в процессе его выделения.
Сравнительно низкое сродство коллагеназы к водо- и солераствори-мым белкам мяса и низкая максимальная скорость их гидролиза, дает этому препарату преимущество в области дифференцированной модификации соединительной ткани, отличающейся высоким содержанием коллагена.
Остальные препараты имеют широкий спектр активности по отношению к белкам мяса, с преимущественным действием на водо- и солераство-римые фракции, и могут быть применены для получения гидролизатов, либо для ускорения созревания мясного сырья, что связано с воздействием на со-лерастворимую фракцию, представленную, в основном, «актин-миозиновым комплексом».
Не менее важным показателем субстратной специфичности является показатель степени гидролиза субстрата. Зависимость степени гидролиза от концентрации ферментного препарата косвенно показывает расположение точки равновесия реакции протеолиза (так как реакция является обратимой). Высокие значения степеней гидролиза при малых концентрациях фермента свидетельствуют о высоком сродстве фермента к соответствующему субстрату.
Для проведения эксперимента 5 см белковой фракции, полученной, как описано выше, добавляли 1 см раствора ферментного препарата. Концентрации белковых фракций и раствора ферментного препарата подбирали таким образом, чтобы в реакционной смеси заданное соотношение фермент/белок (Ед/г белка). Смесь инкубировали при 37 С в течение 3 ч. Коли 77 чество белка в гидролизатах определяли по цветной реакции с биуретовым реактивом [94] при 550 нм. В качестве контроля использовали реакционную смесь не прошедшую инкубацию. Калибровочный график строили по сывороточному альбумину. Исследования подтвердили, что коллагеназа обладает наибольшим сродством к нативному коллагену. Так, при гидролизе водо- и солераство-римых фракций белков мяса максимально достигаемая степень гидролиза составила 65 % (при концентрации ферментного препарата 10-11 Ед/ г белка) и 55 % (при концентрации 14-15 Ед/ г белка) соответственно, в то время как, например, для папаина эти величины составили соответственно 92 % (5,5-6,5 Ед/ г белка) и 80 % (7-8 Ед/ г белка) (рис. 3.8, 3.9). При этом степень гидролиза нативного коллагена коллагеназой составила не менее 85 % при концентрации препарата 4-5 Ед/ г белка; для папаина подобный показатель составил 25 % (9-10 Ед/ г белка) (рис. 3.10). Данные по соотношению степеней гидролиза исследованных субстратов приведены в таблице 3.2
Таким образом, препарат коллагеназы является наиболее эффективным из ысех исследуемых препаратов для биомодификации коллагенсодер-жащих объектов мясной промышленности при относительно слабом воздействии на водо- и солерастворимые белки мяса. Полученные результаты дают основание считать целесообразным применение препарата коллегназы для дифференцированного изменения состава мясного сырья, его мягчения, а также получения гидролизатов на основе вторичного мало- или неиспользуемого сырья с высоким содержанием соединительной ткани.
Некоторые аспекты безопасности мясных продуктов из биомодифицированного сырья
С развитием современных методов биотехнологии и все более широким применением биологически активных добавок (в том числе и ферментов) в рационе современного человека, встает вопрос о биологической безвредности продуктов подобного рода.
Мутагены образуются в пище и при ее приготовлении: например, копчение мяса увеличивает накопление в нем мутагенных полициклических гидрокарбонов, а поджаривание - нитрозаминов, накопление формальдегида нежелательно по причине снижения под его действием в присутствии соляной кислоты активности пищеварительных ферментов. Формальдегид даже в очень незначительных количествах (меньше 0,001 %) - сильный ингибитор тиоловых ферментов. Примеры можно продолжать.
Пищевые добавки, которые сейчас широко используются для консервирования продуктов, улучшения их вкуса и придания им особо аппетитного внешнего вида, порою также небезопасны для организма, о чем свидетельствует ряд публикаций в популярной литературе [85, 101, 126].
Вопросы о том, как влияют различные синтезированные добавки, в том числе и животного происхождения, на генетический материал человека в настоящее время волнуют не только научных работников, но и широкие круги общественности. Действие мутагенов на наследственный аппарат человека приводит к увеличению частоты рождения детей с различными наследственными заболеваниями или к развитию у ныне живущих людей злокачественных новообразований. В настоящее время контроль готовых мясных изделий проводят по микробиологическим, биохимическим, органолеп-тическим показателям, которые, к сожалению, не могут дать полной объективной картины. Официальная политика в оценке ген-токсического риска основана на изучении мутагенного действия отдельных компонентов: консервантов, пищевых добавок, ароматизаторов и других, предлагаемых для улучшения внешнего вида продукта и его вкусовых качеств. Вместе с тем, необходимо учитывать взаимное влияние этих веществ в готовом продукте, когда отдельные соединения могут влиять на активность друг друга, повышая или понижая общий ген-токсический потенциал смеси. Таким образом, наиболее целесообразным считается оценка суммарного ген-токсического эффекта готового пищевого продукта (имеется ввиду модельный продукт, включающий в свою рецептуру все традиционные компоненты и прошедшего все стадии технологического процесса).
Биологическая оценка степени вредного воздействия продуктов на организм человека, может быть проведена как по содержанию в изделиях отдельных вредных веществ (ПАУ, ацетон, формальдегид, фенол, метанол и др.), так и по результатам биологических опытов на живых организмах.
Известно, что ДНК постоянно подвергается химическим изменениям, как спонтанным, так и индуцируемым мутагенами. Не менее 80% химических канцерогенов вызывают генные мутации и хромосомные аберрации. Таким образом, оценка ген-токсичности полученных продуктов, позволяет оценить безвредность полученного изделия и подтвердить его высокие потребительские свойства, с одной стороны. А с другой - быть хорошей рекламой в продвижении продуктов на рынке.
Широкое распространение получили методы оценки мутагенности на основе существующих методов анализа мутагенных потенций химических соединений, направленные на обнаружение мутаций в соматических клетках. Методы основаны на допущении, что если вещество, вызывающее в данной концентрации мутации в соматических клетках, вызывает их и в половых клетках. Но это положение не столь самоочевидно и требует специального изучения, в особенности в вопросе о дозах.
Согласно современным представлениям, мутации связаны с изменениями в структуре ДНК, Эта молекула располагается внутри клеточного ядра, следовательно, для того, чтобы достигнуть её, мутаген должен пройти достаточно сложный путь, на котором он испытывает ряд метаболических превращений. Не редки случаи, когда в результате таких превращений безвредное вещество превращается в сильный мутаген или, напротив, исходное мутагенное соединение утрачивает свою активность.
Возникновение мутаций не является единичным одновременным актом. Под влиянием химических соединений в генетическом аппарате клеток, как правило, возникают лишь потенциальные изменения, которые в результате дальнейших событий с участием ряда внутриклеточных ферментов реализуются в истинную мутацию, либо восстанавливаются (репарируются). Системы репарации действуют в каждой клетке, и степень их активности приходится учитывать при определении мутагенности какого-либо вещества. Известно, что существуют различия в уровне активности систем репарации повреждений в различных типах тканей и у различных животных. Это обстоятельство заставляет настороженно относиться к экстраполяции данных о мутагенной активности данного вещества, полученных на клетках одной ткани, для других тканей и, следовательно, на другие виды животных.
При оценке вклада процессов репарации первичных повреждений в развитие мутационных событий следует учитывать и то обстоятельство, что имеется ряд химических соединений, которые сами по себе не вызывают мутации, но подавляют процессы репарации повреждений ДНК и тем могут способствовать существенному возрастанию мутагенной активности «маломутагенного» вещества [128].
Известны два типа темнового восстановления: дорепликативная (экс-цизионная) и пострепликативная (толерантная) репарации. В ходе первой -поврежденный участок ДНК вырезается и восстанавливается первоначальная структура по принципу комплиментарности цепи и, таким образом, полностью восстанавливается генетическая информация. В ходе второй восстанавливается двунитевая структура ДНК за счёт восстановления, возникающего в ходе репликации брешей во вновь синтезированной нити ДНК.
В настоящее время, в тестах на мутагенность химических соединений используют различные тест - объекты. Ими могут служить:
- прокариоты - Salmonella typhimurium, Escherichia coli, Bacillus subtil is;
- эукариоты - дрожжи -Saccharomices cerevisiae, Schizosaccharomices pombe;
- грибы - Aspergillus nidulans, Neurospora crassa;
- растения - Crepis capillaries, Viciafaba;
- насекомые - Drosophila melanogaster;
- млекопитающие - культура клеток (перевиваемые опухолевые штаммы, культуры опухолевых клеток, культуры фибробластов, культуры лимфоцитов периферической крови, клетки костного мозга, сперматозоиды и яйцеклетки) или целые организмы.
Широкое распространение получили методы тестирования мутагенного действия химических соединений с использованием в качестве тест-объекта микроорганизмов. Это обусловлено тем, что микроорганизмы размножаются быстро, их культивирование достаточно просто и дешево. Однако, при трактовке результатов таких испытаний в отношении человека возникает ряд затруднений. Во-первых, в данном случае изучается действие химического мутагена на прокариотах, а значимость результатов переносится на эукариоты. Во-вторых, при исследованиях на микроорганизмах выпадает феномен метаболической активации промутагенов в мутагены. И, в-третьих, не учитываются возможности репарации возникающих предмутационных повреждений в эукариотических клетках, которые существенно отличаются от таковых в клетках прокариот.
Суспензионная модификация ДНК-повреждающего теста была предложена Розенкранцем [144] для слабо диффундирующих в агар соединений. В данном варианте теста клетки тест-культуры непосредственно вступают в контакт с исследуемым веществом, за счет чего увеличивается чувствительность теста.
На мутантных по репарации штаммах Escherichia coir, рої А , rec А, uvr А была изучена ген-повреждающая способность водных и кислотных вытяжек некоторых модельных продуктов с обработкой препаратом колла-геназы и без таковой, представляющих некоторые группы готовых изделий мясной промышленности:
- крупнокусковая говядина (копчено-вареная, копчено-запеченная), имитирующая деликатесные изделия из говядины;
- мелкокусковая говядина, подвергнутая тепловой стерилизации (давление 1,2 МПа, температура 120 С, продолжительность теплового воздействия 90), имитирующая консервированные мясные продукты;
- фарш говяжий после тепловой обработки (в искусственной колбасной оболочке, в водной среде, до достижения фаршем температуры 72 С), имитирующий колбасные изделия.
Получение белково-жировой эмульсии для колбасного производства
При использовании в колбасном производстве мясного сырья с высоким содержанием соединительной ткани снижение качества готового продукта происходит в основном из-за низкого уровня функционально-технологических показателей: влагосвязывающей (ВСС), влагоудерживаю-щей (ВУС), жироудерживающей (ЖУС), эмульгирующей (ЭС) способностей, что приводит к снижению выхода готового продукта, его расслоению, образованию бульонно-жировых отеков и другим негативным явлениям. Отрицательное влияние соединительно-тканных белков на консистенцию здесь не так выражено, вследствие сильного механического измельчения сырья. Применение различных добавок белковой либо полисахаридной природы позволяет повысить уровень функционально-технологических показателей, однако, чаще всего, негативно сказывается на органолептике готовых изделий.
Как было показано в главе 4, биомодификация мясного сырья ферментным препаратом коллагеназы на определенных стадиях способна повысить уровень ВСС и ВУС, а также липкость фаршей (что важно для формования колбасных батонов). Однако, для измельченного сырья такой эффект слабо выражен, либо отсутствует. В то же время известна практика использования в колбасном производстве белково-жировых эмульсий на основе свиной шкурки [103], популярность которой значительно возросла и оправдана. Добавление эмульсий в фарш приводит к повышению всех функционально-технологических показателей, а также повышению энергетической ценности продукта, улучшению его органолептических показателей. По существующей технологии белково-жировые эмульсии из свиной шкурки получают при помощи длительной гидротермической обработки (варки) и многократного измельчения связанных с высокими энергетическими затратами, вследствие чего применение таких эмульсий экономически маловыгодно. Известно, что основу свиной шкурки составляет коллаген [9, 18] для модификации которого можно использовать ферментный препарат коллагеназы.
Нами была исследована возможность замены гидротермической обработки свиной шкурки энзиматической биомодификацией.
Свиную шкурку, получаемую при разделке свинины, допущенную ветеринарным надзором на пищевые цели, освобождали от прирезей жира, остатков щетины и тщательно промывали.
Чистую обезжиренную свиную шкурку измельчали на волчке с диаметром отверстий решетки 2-3 мм. К измельченной свиной шкурке добавляют водный раствор ферментного препарата коллагеназы (соотношение свиная шкурка:раствор ферментного препарата 1:1) с содержанием препарата 1,0 Ед./г белка шкурки. Смесь выдерживали в течение определенного времени при температуре 4 С после чего производят повторное измельчение на куттере. Полученную эмульсию хранили при температуре 0-4 С не более 12 ч.
Для определения оптимальной продолжительности гидролиза изучали изменение функционально-технологических свойств модельного фарша из говядины второго сорта при добавлении фиксированного количества белко-во-жировой эмульсии (10 % от массы мясного сырья) полученной при различной продолжительности ферментативного воздействия. Для приготовле 131 ния фарша использовали говядину второго сорта охлажденную до температуры 0-4 С, со сроком хранения не более 24 часов после убоя, которую измельчали на волчке с диаметром отверстий решетки 4 мм. Затем в фарш вносили белково-жировую эмульсию, приготовленную с заданной продолжительностью ферментативной обработки, в количестве 10 % от массы фарша. В тщательно перемешанном фарше производили оценку показателей вес, ВУС, ЖУС.
Показатели ВСС и ВУС определяли, как описано в главе 4.
Для определения ЖУС находили массу образца после определения ВУС и количественно переносили его в бюкс, после чего высушивали до постоянной массы при температуре 150 С. Затем навеску массой 2,0 г помещали в фарфоровую ступку, добавляли 2,5 г прокаленного кварцевого песка и 6,0 г а-монобромнафталина и тщательно растирали в течение 5 минут. По истечение времени смесь фильтровали через бумажный фильтр и в прозрачном фильтрате определяли показатель преломления. Аналогичное определение проводили для каждого образца фарша без термообработки (до определения ВУС). Представленные на рис. 5.4 закономерности изменения параметров ВСС, ВУС и ЖУС показали, что наилучшие показатели функционально технологических свойств достигаются при использовании эмульсии, полученной гидролизом измельченной свиной шкурки в течение 3 часов. Сравнительный анализ показал, что качество ее взаимодействия с мясным сырьем сопоставимо с таковым для эмульсии, приготовленной традиционным способом (табл. 5.3), а применение положительно сказывается на свойствах фарша.
На основании полученных данных была предложена модифицированная технологическая схема приготовления белково-жировой эмульсии рис. 5.5.
С целью применения в колбасном производстве был произведен поиск оптимального количества вносимой эмульсии с позиций получения оптимального сочетания функционально-технологических, органолептических показателей, а также показателей биологической ценности готового продукта. Известно, что коллаген представляет собой неполноценный белок из-за отсутствия в его составе незаменимой аминокислоты - триптофана [18]. Следовательно, чрезмерное внесение белково-жировой эмульсии будет отрицательно сказываться на уровне биологической ценности готового продукта.
Определение ВСС, ВУС и ЖУС проводили, как описано выше в главах 4 и 5.
Исследования показали, что внесение белково-жировой эмульсии способствовало повышению уровня функционально-технологических показателей модельного фарша, при этом максимальные значения достигались при внесении 10-15 % эмульсии (рис. 5.6). Так при внесении 10 % эмульсии значение ВСС составило 90 %, ВУС - 84 %, ЖУС - 93 %, а при внесении 15 % эмульсии значения этих показателей составили соответственно 88 %, 85 %, 96 %. Затем показатели снижались: при внесении 20 % эмульсии значение ВСС составило 75 %, ВУС - 80 %, ЖУС - 89 %. Механизм этого явления может состоять в определенном соотношении белков и пептидов (здесь основным поставщиком белков является измельченная мышечная ткань, гид-ролизованная свиная шкурка содержит большое количество высоко- и низкомолекулярных пептидов - продуктов гидролиза коллагена), способных удерживать влагу в виде гидратных оболочек, а также эмульгировать значи тельное количество жиров. Учитывая то, что приемлемое качество и удовлетворительную органолептическую оценку имеют вареные колбасные изделия с ВУС около 85 %, ВСС около 92 %, ЖУС около 95 % [95], наиболее приемлемым, на наш взгляд, является внесение 10-15 % белково-жировой эмульсии.
Органолептические исследования модельных колбас, полученных с применением белково-жировой эмульсии показали, что ее внесение свыше 10 % от массы мясного сырья негативно сказывается, как на внешнем виде, так и на вкусовых качествах готового продукта (ярко выраженный привкус свиной шкурки). Батоны колбас теряют упругость и приобретают рыхлую консистенцию.
Как уже было отмечено выше, ведение большого количества белково-жировой эмульсии способно существенно снизить биологическую ценность конечного продукта.
Расчет проводили по методике изложенной в главе 2.
