Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1. Коллаген: источники, функции, свойства, способы модификации 10
1.2. Роль коллагенсодержащего сырья в перерабатывающих отраслях АПК, реализации безотходных технологий и обеспечении безвредности производств 23
1.3. Продукты на основе коллагена: опыт, подходы и методы интенсификации производств 29
Глава II. Экспериментальная часть, объекты и методы исследований 42
2.1. Объекты и материалы исследований 42
2.1.1. Вторичное коллагенсодержащее сырье мясной промышленности, коллагеновые дисперсии, биоматериалы, ингредиенты и продукты с их использованием 42
2.1.2. Протеолитические ферментные препараты: характеристика, обоснование применения 44
2.2. Схема экспериментальных исследований 50
2.3. Общие методы исследований 55
2.3.1. Реологические и структурно-механические свойства продуктов 55
2.3.2. Функционально-технологические свойства фаршевых систем 56
2.3.3. Физико-химические свойства коллагеновых пленок 56
2.3.4. Физиологическая функциональность и биологическая ценность продуктов 57
2.3.5. Качество полуфабрикатов и готовых изделий 58
2.4. Специальные и сложные методы исследования 59
2.4.1. Приборное обеспечение обработки коллагеновых пленок импульсным магнитным полем (ИМП) 59
2.4.2. Рентгенофазовый анализ коллагеновых белков 61
2.4.3. Световая микроскопия коллагеновых пленок 64
2.5. Оптимизация компонентного состава проектируемых продуктов методами математического моделирования 64
2.6. Статистическая обработка результатов эксперимента 72
Глава 3. Обоснование условий модификации коллагеновых белков животных тканей с получением пищевых биополимерных дисперсий 74
3.1. Обоснование режимов получения изолированных коллагеновых субстанций на основе энзиматической модификации сырья 76
3.2. Влияние физико-химических и биотехнологических факторов на структурообразующие свойства диспергированных коллагеновых белков 87
3.3. Изучение экологически безопасных способов интенсификации структурообразования биомодифицированных коллагеновых субстанций 99
Глава 4. Комплексная оценка свойств и обоснование рациональных направлений использования диспергированных коллагеновых ингредиентов 113
4.1. Оценка физиологической функциональности очищенных коллагеновых продуктов 113
4.2. Реологические свойства коллагеновых и комбинированных биополимерных дисперсий 119
4.3. Функционально-технологические свойства нейтральных коллагеновых дисперсий в составе мясных фаршевых систем 122
Глава 5. Реализация частных технологий традиционных и оригинальных мясных продуктов с применением коллагеновых дисперсий 127
5.1. Моделирование рецептурных композиций и производство мясных фаршевых продуктов с использованием нейтральных коллагеновых дисперсий 127
5.2. Производство натуральных, рубленых и комбинированных полуфабрикатов в коллагеновых дисперсиях 141
5.3. Применение коллагеновых дисперсий в технологии цельномышечных продуктов из свинины и говядины 158
5.4. Использование коллагеновых дисперсий при производстве сухого функционального корма для животных 167
Выводы 181
Список использованных источников 183
- Роль коллагенсодержащего сырья в перерабатывающих отраслях АПК, реализации безотходных технологий и обеспечении безвредности производств
- Оптимизация компонентного состава проектируемых продуктов методами математического моделирования
- Оценка физиологической функциональности очищенных коллагеновых продуктов
- Использование коллагеновых дисперсий при производстве сухого функционального корма для животных
Роль коллагенсодержащего сырья в перерабатывающих отраслях АПК, реализации безотходных технологий и обеспечении безвредности производств
Необходимым условием эффективной экономической деятельности мясоперерабатывающих предприятий в условиях современного рынка является переход на систему лабильно изменяющегося ассортимента с учетом запросов потребителей при высоком качестве выпускаемой продукции. В то же время реализация конкурентоспособных технологий мясоперерабатывающего производства связана с организацией безотходной переработки, белоксо-держащего сырья, включая субпродукты И категории и вторичные коллаген-содержащие ресурсы, в том числе маловостребованные.
Широкий перечень и значительные объемы этих продуктов позволили создать на их основе технологии и оборудование с целью повышения эффективности производства ряда перерабатывающих отраслей АПК: технологию обработки и консервирования шкур для последующей выработки кож; обработки и консервирования кишечных комплектов для получения натуральных колбасных оболочек, кетгута, полуфабрикатов медицинского назначения; технологию клея и желатина [22].
Массовое содержание коллагеновых белков в субпродуктах, определяющее их принадлежность к I или II категории по пищевой ценности, при среднем массовом выходе соответственно 3 и 7 % к живой массе скота, обусловливает актуальность проблемы рационального использования этих видов сырья. Субпродукты I категории, не уступая мясу высших сортов по пищевой ценности, структурно-механическим характеристикам и органолептическим показателям, достаточно широко используются при выработке высокосортных колбас, консервов, деликатесных продуктов, реализуются через торговую сеть и пользуются спросом населения.
Анализ промышленной переработки субпродуктов II категории показывает, что на пищевые цели используется лишь 12-15 % имеющихся объе-. мов, в том числе 96,2 % в колбасном производстве, из которых только 21,5 % - при выработке вареных и полукопченых колбас, что составляет 6,6 % общего объема их производства. Селезенка, легкие, сычуг, пищевод, губы, содержащие высокую массовую долю белка, почти полностью используются на производство животных кормов или реализуются зверосовхозам.
К числу достаточно широко используемых вторичных коллагенсодер-жащих ресурсов относится свиная шкурка, выделяемая при пластовании шпика в колбасном производстве, норматив выхода которой составляет 6,5 % к массе шпика, химический состав которой характеризуется следующим соотношением компонентов, %: влага - 60; жир - 10,2; белок - 29,0; минеральные вещества - 0,7 [22].
Традиционно коллагенсодержащее сырье используют в виде белкового препарата из свиной шкурки в количестве 6-10 % к массе несоленого сырья для стабилизации функционально-технологических свойств мясных фарше-вых систем, как правило, в производстве вареных колбас в количестве 10 % от массы основного сырья [187]. Во ВНИИМПе предложен способ использования смеси субпродуктов II категории в виде пасты из говяжьих губ, сычуга, рубца, мяса пищевода, селезенки, легких, мяса свиных и говяжьих голов, вымени в количестве до 25 % к массе основного сырья [109,187].
При этом получение белкового стабилизатора по традиционной технологии требует значительных временных и энергозатрат, а субпродуктовой пасты - соответствующего технического оснащения и высокого санитарно-гигиенического состояния производства [109].
Распространенным среди мясоперерабатывающих предприятий элементом безотходной переработки коллагенсодержащего сырья является производство ливерных колбас [118]. Однако выработка этих видов изделий по традиционным технологиям нерентабельна из-за малого потребительского спроса и невысокой хранимоспособности.
Функционально-технологические свойства коллагенсодержащего сырья, обусловленные уникальной упроченной структурой их основного белка - коллагена - недостаточно высоки и не дают желаемого эффекта в формировании качественных показателей продуктов, что существенно ограничивает их перечень и объемы использования в составе рецептурных композиций мясных изделий без специальной обработки.
По целому ряду причин промышленная переработка различных видов коллагенсодержащего сырья не превышает 65 % имеющихся ресурсов.
Проблема максимального и рационального использования вторичных и побочных коллагенсодержащих продуктов переработки животных и птиц (мездра, шкурка, фасции, жилка, шквара и др.) широко освещена многими ведущими учеными и специалистами страны (Л.В. Антиповой, В.И. Ивашовым, Н.Н. Липатовым, И.А. Роговым, М.Л. Файвишевским и др.). Достигнуты успехи в реализации безотходных технологий их переработки, имеется положительный мировой и отечественный опыт усилия на этой основе сырьевой базы.
Целенаправленное введение соединительной ткани в рецептуры мясных продуктов позволяет в определенной степени решать вопросы ее рационального использования, увеличения объемов и расширения ассортимента пищевых продуктов, а также улучшения обмена веществ и функционирования пищеварительной системы [92].
Как важный дополнительный источник пищевых коллагеновых белков оценена шквара, выход которой составляет в среднем 8-13 % к массе исходного жира-сырца [135, 184]. Массовая доля суммы белковых фракций шква-ры колеблется в пределах 65-80 %, из которых на долю коллагена приходится 22-24 % и эластина 19-30 % при остаточной доле жира 5-20 % [44]. Показано [95, 172], что эффективность непосредственного использования шквары в рецептурах мясных продуктов - колбас, паштетов, начинок для пирогов - возрастает с использованием физических и особенно биотехнологических методов ее предварительной обработки.
Практическое значение имеют жилки и сухожилия убойных животных, выделяемые на операциях жиловки мяса в колбасном и консервном производствах, в которых при многокомпонентном составе 88,5 % массы суммарных белков представлено коллагенами (табл. 1.4). Выход этого вида колла-генсодержашего сырья регламентируется отраслевыми нормами и составляет: при жиловке говядины I и II категории упитанности 3 % жилок, сухожилий, грубых пленок к массе мяса на костях или 4 % к массе обваленного мяса; при жиловке свинины II, III и IV категории - соответственно 2,1 и 2,5 %. При жиловке баранины I и II категорий выделяют только крупные сухожилия: 3,8 % к массе обваленного мяса и 2 % к массе мяса на костях. Средний выход жилки при переработке свинины, крупного и мелкого рогатого скота составляет 3,89 %.
Э.Б. Битуевой, Т.Ф. Чиркиной показана возможность использования выйной связки на пищевые цели в качестве дополнительного источника животного белка и пищевого волокна с эффектом сорбции ионов тяжелых металлов в опытах in vivo [47]. Однако в целом имеющиеся в литературе сведения о химическом составе и свойствах отходов жиловки мяса немногочисленны, что свидетельствует о недостаточной изученности вопроса.
Значительный перечень коллагенсодержащих ресурсов формируется при обработке шкуросырья, номенклатура которых включает: гольевой спилок, гольевую спилковую обрезь; краевые участки; мездру; нестандартное сырье [190], из которых целенаправленному сбору и переработке подлежит гольевой спилок шкур крупного рогатого скота с получением искусственной белковой колбасной оболочки типа "белкозин" по реализуемой в промышленности технологии жидкостных обработок химическими реагентами и механического разволокнения [93].
Интерес представляют коллагенсодержащие отходы в виде машинной мездры, выход которой составляет до 15 % от массы шкур крупного рогатого скота [22]. Направляемая, как правило, на выработку животных кормов, в зависимости от вида она содержит, % к сухому остатку: белка - 25-50 %, жира -40-70 %; золы - 6ь8 %. Содержание аминокислот в машинной мездре в среднем составляет (% к сумме): глицина - 21,5; аланина - 8,2; лейцина и изолей-цина - 5,2; валина - 2,5; серина - 3,4; треонина - 2,0; метеонина - 1,0; пролина - 11,4; оксипролина - 9,8; фенилаланина -2,3; тирозина -1,0; триптофана - 0,2; аргинина - 7,6; гистидина - 1,2; лизина - 4,1; аспарагиновой кислоты - 5,4; глутаминовой кислоты - 9,9. При этом высока доля аминокислот, специфичных для коллагена, а сумма незаменимых составляет около 26 % (примерно 1/3).
Внедрение на мясокомбинатах методов контурирования шкур крупного рогатого скота выдвигает вопрос о путях и методах переработки получаемых отходов, доля которых достаточно весома и составляет 12-13 % массы шкуры. По данным [195], основными компонентами в составе отходов контурирования шкур крупного рогатого скота являются, %: влага - 68-69; белок -28,2; жир - 2,3 и зола 0,7-0,8. Шкуры хряков отличаются повышенной долей жира (до 30 %), в то время как массовой доле белка близки отходам контурирования шкур крупного рогатого скота (27,4 %).
Оптимизация компонентного состава проектируемых продуктов методами математического моделирования
В работах И.А. Рогова, Н.Н. Липатова, Л.В. Антиповой с сотр. показано, что ключевым фактором, в решающей степени определяющим соответствие многокомпонентных систем ожидаемым. свойствам, является способ обоснования их рецептурного состава.
Выбор ингредиентов и проектирование рецептур многокомпонентных биологически полноценных продуктов осуществляли путем математического моделирования на ПЭВМ IBM PC/AT с использованием методических подходов, разработанных акад. И.А. Роговым и проф. Н.Н. Липатовым (мл.) [104-106].
Реализованные в работе формализованные подходы к конструированию пищи со специальными свойствами позволяют оперативно определять наиболее рациональный вариант с позиций пищевой ценности, экономической целесообразности и лечебно-профилактической направленности, обеспечивают желаемую пищевую ценность композиции без неоправданного перерасхода ее эссенциальных составляющих.
Математические модели технологических процессов в виде алгебраических и дифференциальных уравнений регрессий, систем уравнений в виде частных производных и конечных разностей при достаточном объеме априорных данных могут быть получены аналитическими методами, учитывающими вероятностные характеристики реальных процессов с применением математической статистики, регрессионного анализа и планирования эксперимента. Сложность получения адекватных моделей технологических и производственных процессов мясной промышленности обусловлена их достаточно большой начальной неопределенностью, связанной с трудноформи-руемым разбросом нормативов и свойств биосырья, а также характеристик связей между его физико-химическими показателями.
Известная связь между рядом критериев биологической ценности белков и пищевых белковых систем, такими как аминокислотный скор, коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС), биологическая ценность (БЦ), коэффициент утилитарности аминокислотного состава белка, выражаемая линейными алгебраическими зависимостями [106], позволяет при математическом моделировании рецептурных композиций использовать в качестве целевой функции КРАС, который характеризует потенциальную возможность использования организмом белка на анаболические цели. В связи с этим в работе при математическом моделировании рецептурных композиций минимизировали именно этот показатель: КРАС - min.
Математическая модель оптимизации компонентного состава белковой композиции представлена в виде системы уравнений с бесконечным множеством решений.
Условия, которым должны удовлетворять компоненты рецептурной смеси:
- исходное содержание xt основных постоянных компонентов задается в долях единицы, в предположении, что проектируемый продукт состоит только из них:
- содержание Xi постоянных компонентов рецептурной смеси удовлетворяет равенству:
- содержание х„,в основных заменяемых компонентов может уменьшаться при неизменности их количественных соотношений между собой;
Обозначив Pi, Pm.i, Pn.m массовой долей белка соответственно в композициях основных (постоянных), заменяемых и дополнительных (заменяющих) компонентов и Aij-; Am-ijl An.mj содержание j-ой незаменимой аминокислоты в белках этих композиций (в г на 100 г белка), на основании материального баланса можно записать формулу для расчета содержания Aj, j-ой аминокислоты в белке рецептурной композиции в виде формулы (2.10):
Перечисленные выше ограничения и соответствующие им математические выражения позволяют преобразовать алгебраическое выражение (2.10) к виду, удобному для моделирования аминокислотного состава многокомпонентного мясопродукта
Алгоритм оптимизации позволяет выбирать лучшее решение из большого количества различных вариантов, что без применения вычислительной техники требует больших затрат времени и труда.
Формулировка задачи оптимизации включает в себя формулировку целевой функции и ограничений, наложенных на аргументы. Результатом решения задачи оптимизации были значения аргументов, для которых достигается оптимальное значение функции, в нашем случае -коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС).
При математическом проектировании рецептур использовался оригинальный программный продукт - программа "Protein", разработанная на кафедре технологии мяса и мясных продуктов ВГТА [51]. Программа реализует алгоритм случайного многократного подбора компонентного состава (метод Монте-Карло) с проверкой значений оптимизируемых параметров (минимальных и максимальных значений массовых долей компонентов и коэффициента различия аминокислотного скора (КРАС) и выводом всех вариантов, попадающих в заданные пределы. Он может быть определен как метод моделирования (или формирования) случайных величин с целью вычисления характеристик их распределений. Имея адекватные математические модели подсистем, можно получить распределения плотности вероятностных параметров, отражающих оптимизируемый показатель.
Общий разработанный алгоритм оптимизации (рис. 2.5) может быть разделен на три этапа.
На первом составляется система линейных уравнений (СЛАУ) вида
На втором этапе определяются потенциальные возможности взаимного дополнения и обогащения компонентов продукта. Для этого при помощи генератора случайных чисел случайным образом выбирали массовые доли всех входящих в оптимизируемую рецептуру компонентов с учетом условия (2.15). В качестве генератора случайных чисел использовали стандартную функцию rand, с заданными параметрами. Генерируя случайные числа, rand использует мультипликативный генератор случайных чисел с периодом 232 для получения последовательности псевдослучайных величин в диапазоне от О до RAND МАХ, где RAND МАХ = 32768.
Оценка физиологической функциональности очищенных коллагеновых продуктов
В обеспечении населения здоровым питанием с учетом профессионально-возрастных и региональных особенностей ведущая роль принадлежит индустрии пищевых, в том числе мясных продуктов разнообразного ассортимента. В числе определяющих факторов их конкурентоспособности в условиях конъюнктуры рынка является сочетание современных, оригинальных технологических форм и высокой биологической ценности, которая определяется свойствами и функциональностью входящих компонентов, включая физиологически активные. К последним в первую очередь следует отнести балластные вещества, или пищевые волокна (ПВ), и их функциональные аналоги.
Медико-биологическая оценка функций ПВ в рационах позволяет выделить как наиболее важную связывание и выведение из организма холестерина, желчных кислот, липидов, ксенобиотиков, радионуклидов, канцерогенных веществ, других контаминантов, что обусловливает эффективную естественную профилактику "болезней цивилизации", причины которых кроются в нарушениях метаболических процессов под действием эндо- и экзогенных факторов. Особенно актуально создание продуктов специального, профилактического, лечебного и восстановительного питания, ингредиентов, биоматериалов для обеспечения иммунного и физиологического статуса организма в различных, в том числе неблагоприятных, экстремальных и чрезвычайных условиях жизнедеятельности.
Рекомендуемый диетологами [114] усредненный суточный рацион питания взрослого человека включает 1285 г продуктов, содержащих в качестве ПВ растительную клетчатку и пектиновые вещества. Исходя из того, что массовая доля ПВ в этих продуктах не превышает 1%, суточная потребность в ПВ удовлетворяется на 51,4 %. Восполнение недостатка ПВ на 48,6 % (12,15 г при обоснованной суточной норме 25 г), возможно за счет целенаправленного дозированного применения соединительнотканных аналогов ПВ. Исходя из суточной потребности в мясе и мясных изделиях, равной 192 г, представляется целесообразным использовать очищенные коллагеновые ингредиенты в качестве функциональной добавки в составе мясных и комбинированных продуктов.
Цель этапа работы - обоснование и реализация новых подходов к обогащению продуктов питания коллагеновыми ингредиентами на основе биотехнологических методов обработки животных тканей, традиционно объединяемых в группу низкосортного сырья в связи с высокой массовой долей коллагеновых белков.
Объектами исследования служили: коллагеновые массы, полученные из гольевого спилка шкур и сухожилий крупного рогатого скота по традиционной технологии [93] и с применением биотехнологических методов обработки [146]; нейтральные и уксуснокислые коллагеновые дисперсии с массовой долей сухих веществ 3,5 и 5 %, модельные пленки на их основе, сформованные методом растекания на полиэтиленовой подложке, модельные мясные фарши состава: говядина 1 сорта - свинина полужирная в соотношении 1:1с введением от 5 до 30 % очищенных коллагеновых препаратов в форме масс и нейтральных дисперсий; контрольные и опытные образцы цельномы-шечных продуктов из говядины и свинины, натуральных и рубленых мясных, комбинированных и овощных полуфабрикатов в коллагеновых дисперсиях.
Пищевое значение низкосортных продуктов переработки животных тесно связано с химическим составом, особенно - высоким содержанием белковых фракций.
В связи с этим, некоторые коллагенсодержащие вторичные продукты, в частности, субпродукты II категории, традиционно применяются в качестве одного из основных компонентов рецептур колбасных изделий, паштетов, зельцев, консервов и других мясопродуктов, в том числе диетических и функциональных. Однако уникальная упроченная структура основного белка соединительной ткани - коллагена - служит лимитирует функционально-технологические свойства коллагенсодержащего сырья, которые не дают желаемого эффекта в формировании качественных показателей продуктов. Это существенно ограничивает объемы их использования в составе рецептурных композиций мясных изделий без специальных методов обработки, наибольшую актуальность среди которых имеют методы биотехнологии.
Из обозначенных в главе 1 основных направлений в применении биотехнологических методов обработки вторичного и низкосортного коллагенсодержащего сырья: 1) получение изолированных очищенных функциональных кол-лагеновых субстанций; 2) повышение сортности мяса за счет биотехнологической модификации соединительнотканных белков упроченной структуры - первое направление развито недостаточно, хотя именно ему принадлежит приоритет и перспектива в получении мясных и комбинированных продуктов питания современных технологических форм с возможностью реализации барьерных технологий хранения, улучшения товарного вида продукции. Немаловажно, что одновременно достигается эффект дозированного обогащения соединительнотканными аналогами пищевых волокон, дефицит которых в рационах, по экспертным оценкам, в настоящее время составляет более чем 50 % [89].
. В реализации первого направления Л.В. Антиповой, И.А. Глотовой разработана оригинальная технологическая схема получения полифункциональных коллагеновых полуфабрикатов основе методов биотехнологии, показана эффективность их применения для целенаправленного обогащения мясных фаршевых продуктов соединительнотканными аналогами пищевых волокон и придания им диетических свойств [22]. Нами установлено, что при введении коллагеновой массы в рецептуры фаршевых изделий от 20 до 30 % при суточной потребности в мясных изделиях 192 г [114] потребность в ПВ соответственно удовлетворяется на 31 и 45 %. С учетом того, что массовая доля коллагена в мышечной ткани составляет в среднем 1 %, дополнительно покрывается дефицит в ПВ 1,62 г, или 6,5 %, то есть физиологическая потребность в пищевых веществах за счет обогащенных мясных продуктов удовлетворяется на 37,5 и на 51,5 %, что во многом позволяет решить проблему дефицита ПВ в рационах.
Однако, используя коллагеновые ингредиенты в форме масс, при отсутствии специального оборудования трудно реализовать потенциальные возможности коллагеновых белков к формованию пленок и пищевых покрытий, в том числе непосредственно на мясопродуктах, в основе которых лежит способность сохранять структуру на молекулярном уровне при выделении из тканей и отделении от других компонентов.
В развитие работы по получению физиологически активных полифункциональных коллагеновых продуктов различных технологических форм обоснована технологическая схема получения биологически активных добавок в форме дисперсий, которая имеет в основе технологическую схему получения коллагеновых масс из вторичного сырья мясной промышленности и дополняется этапами: диспергирование коллагена в растворе уксусной кислоты молярной концентрацией 0,5 моль/дм3 или обработка ферментным препаратом коллагеназы из гепатопанкреаса камчатского краба, производитель - ЗАО "Биопрогресс", г. Щелково, Московской обл., ТУ 9158-002-11734126-94 (рис. 4.1).
Переваримость коллагеновых продуктов пищеварительными ферментами in vitro подтверждает эффективность воздействия ферментного препарата коллагеназы на структуру коллагена: если для коллагеновых масс пере-вариваемость соствляет 8 %, то для коллагеновых дисперсий, полученных с применением коллагеназы, она возрастает до 52-58 %. Интересно отметить, что уровень перевариваемости коллагеновых дисперсий практически не изменяется в результате термообработки (рис. 4.2).
Использование коллагеновых дисперсий при производстве сухого функционального корма для животных
Индустрия производства биологически полноценных кормов для домашних животных, включая лечебно-профилактической и функциональной направленности, находится в России в начальной стадии. Это относительно новое направление в области углубленной переработки вторичного белкового сырья может быть охарактеризовано как весьма перспективное и динамично развивающееся, причем чрезвычайно большим потенциалом для его реализации располагает мясная промышленность в связи с разнообразным и уникальным составом основных и вторичных продуктов убоя промышленных животных.
Интерес и перспективу при разработке новых функциональных продуктов оригинальных форм и высоких ассоциативных характеристик для кормления домашних животных имеют малоценные коллагенсодержащие ресурсы, формирующиеся в значительных объемах при первичной переработке скота в условиях мясокомбинатов, в частности, свиные уши, опыт производства специализированного корма из которых известен за рубежом. При этом импортный сухой корм из свиных ушей пользуется ограниченным спросом на отечественном рынке, что во многом лимитируется достаточно высокой ценой продукта.
Совокупная оценка общего химического, фракционного и аминокислотного состава белков (рис. 5.9) позволяет заключить, что в связи с несбалансированностью аминокислотного состава белков сухой корм из свиных ушей не может служить основным компонентом рационов кормления животных. Однако он может быть рекомендован для обогащения рационов соединительнотканными аналогами пищевых волокон, а также для поддержания чистоты и здоровья зубов животных. Кроме того, показано, что корма, бога тые коллагеном, оказывают положительное влияние на формирование костной системы молодых особей.
В составе сухих веществ сырья превалирует белок (рис. 5.9), особенности фракционного состава которого состоят в существенном преобладании щелочерастворимых белков (82 % к сумме фракций), представленных преимущественно коллагеном. Обращает внимание также весьма высокая доля жира (15 %). Учитывая, что главной целью технологической обработки сырья является его обезвоживание, можно прогнозировать возрастание массовой доли указанных компонентов в составе готового продукта, что ставит задачу изыскания эффективных мер технологической профилактики окислительной порчи жира в процессе хранения корма.
При обосновании условий сушки ушей свиней отечественных пород для получения сухого корма с заданными механическими характеристиками объектами исследования служили свиные уши, обработанные по типовой технологии [1], а также высушенные методом сублимации и с использованием ИК-источника энергии при разных температурных режимах. При этом показано, что применительно к получению целевого продукта в данном случае экономически целесообразно применение ИК-сушки по сравнению с сублимационной. В качестве контрольного образца использован аналог сухого корма из свиных ушей производства фирмы WALTHAM (США).
Кривые сушки свиных ушей (рис. 5.10), которые относятся к капиллярно-пористым телам, графически иллюстрируют уменьшение средней по объему влажности материала в процессе обезвоживания. Подвод влаги к поверхности капиллярно-пористого тела значительно облегчается, так как поверхностные слои с меньшей влажностью имеют поры - капилляры меньшего диаметра по сравнению с центральными слоями. Благодаря большей усадке поверхностных слоев его капилляры принимают форму, близкую к конической, что благоприятствует перемещению влаги, связанной капиллярными и осмотическими силами, к поверхности тела. В процессе сушки температура материала быстро увеличивается и спустя небольшой промежуток времени становится примерно постоянной, отличаясь от температуры воздуха на 2-3 С. При этом влажность на поверхности уменьшается, приближаясь к равно- весной. Ограничение температуры сушки интервалом 65-85 С обусловлено известными процессами сваривания и дезагрегации коллагена, сопровождающими влажный нагрев этого белка при умеренных температурах.
При сваривании ослабевает и разрывается часть водородных связей, удерживающих полипептидные цепи в трехмерной структуре коллагена [22]. Это явление вызывается усилением теплового колебания цепей, подобно тому, которое происходит при денатурации растворимых белков. Практически во всех случаях влажного нагрева коллагенсодержащих тканей образуются полидисперсные продукты распада коллагена, длина полипептидной цепи которых будет влиять на структурно-механические и функциональные свойства получаемых продуктов.
Анализируя прочностные свойства свиных ушей (рис. 5.11), высушенных в различных условиях, следует отметить, что условия сушки оказывают решающее влияют на формирование структуры высушенного продукта. При этом максимальную прочность имеет образец, полученный сублимационной сушкой, что объясняется отсутствием внутренних напряжений по всему объему объекта сушки при удалении влаги из твердого состояния. Различие предела текучести и предела прочности при растяжении для образцов после ИК-сушки при 65 и 85 С составляет около 30 % (см. рис. 5.11), в то время как эти показатели идентичны для высушенного при 65 С и контрольного образцов.
Закономерности происходящих при разных способах сушки процессов удаления влаги и сопровождающих их изменений коллагена и его производных подтверждают результаты измерений поверхностной твердости получаемых продуктов (см. рис. 5.12), которая максимальна для образца сублимационной сушки и незначительно различается для высушенного при 65 С и контрольного образцов.
Таким образом, совокупность характеристик свиных ушей, высушенных при разных условиях, позволяет рекомендовать ИК-сушку при 65 С, так как именно этот режим позволяет получить продукт, по структурно-механическим свойствам идентичный контрольному образцу корма для животных.
Сравнительная оценка общего химического состава образцов высушенных свиных ушей (рис. 5.13) свидетельствует о значительном (на 14,2 %) превышении массовой доли жира в экспериментальном продукте по сравнению с контрольным, что, по всей видимости, связано, с одной стороны, с разным породным составом свиней, перерабатываемых в ЦЧР и за рубежом, а, с другой, с определенными различиями в технике и технологии первичной обработки шерстных субпродуктов, в частности, свиных ушей, подтверждением чего служит различное остаточное количество сальных желез в сосоч-ковом слое свиной дермы при визуальной оценке особенностей микроструктуры поверхностного слоя образцов (рис. 5.14).
В связи с известными преимуществами пленочных покрытий на основе коллагеновых белков в реализации барьерных технологий хранения мясных продуктов [3] практический интерес и перспективу представляет разработка их прикладных аспектов применительно к технологии сухого функционального корма для животных.
При изучении условий формования пленочных покрытий использовали нейтральные и уксуснокислые дисперсии коллагена, полученные в соответствии с общей схемой [4], а также после дополнительного внесения в дисперсионную среду гидратированной 1:10 карбоксиметилцеллюлозы с формованием модельных пленок методом свободного растекания на полиэтиленовой подложке.
Совокупность оценок реологических свойств дисперсий, особенностей микроструктуры, органолептических и физико-химических свойств модельных пленок на их основе (табл. 5.12) позволяют рекомендовать к использованию для формования защитного покрытия в технологии оригинального сухого корма для домашних животных уксуснокислые дисперсии коллагена с массовой долей 3,9-4,5 % с добавкой карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) до 1,9-2,5 % мае.
Динамика изменения перекисного числа в жировой фракции высушенных свиных ушей разных сроков хранения (рис. 5.15) свидетельствует о том, что применение коллагеновых покрытий является эффективным средством предотвращения окислительной порчи жира в составе сухого корма для животных и стабилизации его качества в течение 3 мес. хранения.
Предлагаемая технологическая схема получения корма (рис. 5.16) отличается простотой аппаратурного оформления (рис. 5.17) и может быть реализована в условиях как мясоперерабатывающих предприятий разной мощности, так и в условиях специализированных предприятий по выпуску кормов для животных.
Комплексная оценка качества готового продукта (табл. 5.12) позволила определить показатели, которые положены в основу разработки проектов нормативной документации (ТУ, ТИ) на оригинальный корм для животных функциональной направленности.
Экономический эффект от производства опытной партии корма массой 350 кг составил 235, 5 тыс. р. (Приложение).
