Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 10
1.1 Свойства и особенности коллагена 11
1.2 Роль препаратов на основе коллагена в жизнедеятельности человека 23
1.3 Аскорбиновая кислота и ее свойства 33
1.4 Способы консервирования биоматериалов 37
1.4.1 Конвективная сушка 37
1.4.2 СВЧ-сушка 39
1.4.3 Сублимационная сушка 41
Заключение по обзору литературы 44
ГЛАВА 2. Организация постановки эксперимента и методы исследований 46
2.1 Объекты исследований и схема постановки эксперимента 46
2.2 Методы исследований 48
2.3 Способы обработки объектов исследований 56
ГЛАВА 3. Создание и изучение свойств биологически активного композита 61
3.1 Получение белкового продукта из свиных шкур 61
3.2 Получение и изучение свойств коллагенсодержащей матрицы 68
3.2.1 Получение коллагенсодержащей матрицы и ее основные свойства 69
3.2.2 Изучение влияния аскорбиновой кислоты на свойства коллагенсодержащей матрицы 71
3.2.3 Изучение влияния коптильного ароматизатора на свойства коллагенсодержащей матрицы 75
3.3 Изучение процесса комплексообразования коллагенсодержащей матрицы с аскорбиновой кислотой и таннирующим агентом 79
3.4 Изучение процесса комплексообразования белкового продукта из свиных шкур с аскорбиновой кислотой и таннирующим агентом 89
ГЛАВА 4. Влияние способа консервирования на свойства белкового продукта из свиных шкур и биологически активного композита 96
4.1 Низкотемпературная сушка 96
4.2 Сублимационная сушка 100
4.2.1 Вакуумная сублимационная сушка 101
4.2.2 Совмещенная сублимационная сушка 103
4.3 Сверхвысокочастотная сушка 106
ГЛАВА 5. Влияние длительности хранения на свойства белкового продукта из свиных шкур и биологически активного композита 111
5.1 Изменение степени гидратации при хранении 112
5.2 Изменение химического состава и величины рН в процессе хранения 114
5.3 Влияние длительности хранения на потери аскорбиновой кислоты в биологически активном композите 120
5.4 Изменение функционально-технологических свойств при хранении 127
5.5 Изменение пероксидного числа жира БПШ и БАК в процессе хранения 132
ГЛАВА 6. Разработка технологии и комплексное исследование мясных продуктов с биологически активным композитом 144
Результаты работы и выводы 155
Перечень использованных сокращений 157
Список использованной литературы 158
- Роль препаратов на основе коллагена в жизнедеятельности человека
- Способы обработки объектов исследований
- Изучение влияния аскорбиновой кислоты на свойства коллагенсодержащей матрицы
- Вакуумная сублимационная сушка
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время специалистами
мясоперерабатывающей отрасли уделяется большое внимание поиску новых способов воздействия на вторичное сырье для его более эффективного использования в производстве высококачественных мясных продуктов.
Рациональное использование белков соединительной ткани
(коллагенсодержащего сырья) позволяет решить многие вопросы мясного производства: компенсировать недостаток мышечных белков, увеличить выход готового продукта, снизить себестоимость готовой продукции (без уменьшения пищевой ценности) и стабилизировать ее качество при одновременном снижении расхода мясного сырья.
Одним из направлений рационального использования коллагенсодержащего сырья и отходов мясной промышленности является их модификация с целью получения белковых продуктов, обогащенных микронутриентами для дальнейшего использования в производстве продуктов питания, в частности, мясных. Теоретическим и практическим работам в этой области посвящены научные труды ряда ученых: О.О. Баблояна, Н.Н. Липатова-мл., И.А. Рогова, Е.И. Титова, С.К. Апраксиной, Л.В. Антиповой и др.
Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года, принятые Правительством РФ, предусматривают разработку технологий производства качественно новых безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения, которые должны способствовать сохранению и укреплению здоровья, предупреждать заболевания, связанные с нарушениями в питании. Кроме дефицита белка значительная часть населения страны испытывает дефицит минорных нутриентов. В состав нативного мясного сырья входят различные витамины, которые в результате тепловой обработки в значительной степени разрушаются. Оставшиеся количества витаминов не могут удовлетворить в полной мере потребности организма. Так, потеря аскорбиновой кислоты может составлять 75%, поэтому дополнительное введение витамина С в состав мясных изделий и обеспечение его сохранности может способствовать снижению дефицита этого витамина в организме.
Создание биологически активного композита на основе модифицированного коллагена с иммобилизированной на нем аскорбиновой кислотой может снизить потери этого витамина в процессе тепловой обработки и, соответственно, способствовать снижению его дефицита в питании человека, а также получению высококачественных продуктов при экономии мясного сырья. Поэтому обогащение мясных продуктов биологически активными веществами является приоритетным направлением.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии
мясного продукта, обогащенного биологически активным композитом из
модифицированного коллагенсодержащего сырья, обеспечивающим снижение потерь иммобилизированной на нем аскорбиновой кислоты.
Достижение поставленной цели предусматривает выполнение следующих задач:
1. Разработать способ получения белкового продукта из свиных шкур, изучить его свойства; выделить из него коллагенсодержащую матрицу, изучить процесс иммобилизации аскорбиновой кислоты на модифицированном коллагене.
-
Изучить влияние термолабильного витамина и таннирующего агента на свойства белкового продукта из свиных шкур и обосновать допустимый уровень их введения для создания биологически активного композита на его основе.
-
Изучить влияние трех способов консервирования на свойства биологически активного композита в процессе хранения и осуществить выбор перспективного.
-
Изучить качественные характеристики вареной колбасы с использованием биологически активного композита; разработать проект технической документации на вареные колбасные изделия с использованием биологически активного композита и обосновать экономическую эффективность их производства.
Научная новизна работы
Научно обоснованы и экспериментально подтверждены параметры модификации коллагенсодержащего сырья с целью получения белкового продукта из свиных шкур и изучены его свойства.
На основании изучения молекулярной массы, вязкости и изоэлектрической точки коллагенсодержащей матрицы, выделенной из белкового продукта из свиных шкур, научно подтвержден процесс студнеобразования в результате формирования крупных фрагментов коллагеновых волокон с молекулярной массой 201,36 кДа, что свидетельствует о возможности использования модифицированного коллагена в качестве структурообразователя в технологическом процессе производства мясных продуктов.
Методом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии, установлено, что аскорбиновая кислота и коптильный ароматизатор иммобилизируются на пространственной сетке волокон модифицированного коллагена, что подтверждается энтальпией денатурационного перехода основной компоненты, равной 6,5 Дж/г, и температурой максимума пика - 42,5 С.
На основании сравнительной оценки способов сушки биологически активного композита научно обоснована целесообразность использования сублимационной сушки для сохранения исходных свойств биологически активного композита при хранении.
Практическая значимость. Разработаны способы получения белкового продукта из свиных шкур и коллагенсодержащей матрицы для иммобилизации биологически активных веществ.
Обоснован и экспериментально подтвержден допустимый уровень введения аскорбиновой кислоты (200 мг/100 г белка) и коптильного ароматизатора (0,08 мл/100 г) для создания биологически активного композита.
Установлено, что замена мясного сырья на адекватное количество биологически активного композита в рецептурах вареных колбас не ухудшает органолептические характеристики и пищевую ценность последних, одновременно повышая их функционально-технологические свойства, и снижает потери аскорбиновой кислоты в процессе тепловой обработки.
Доказано, что иммобилизация аскорбиновой кислоты на волокнах модифицированного коллагена способствует ее сохранению в мясном продукте в количестве до 72%.
Предложенное технологическое решение обеспечивает в результате сохранения в продукте аскорбиновой кислоты повышение его пищевой ценности и физиологического статуса человека, выражающегося в возможности потребления аскорбиновой кислоты в количестве 50% от суточной потребности.
Новизна технического решения, представленного в диссертационной работе, подтверждена патентом РФ №2478299 «Способ получения коллагенсодержащей матрицы для иммобилизации биологически активных веществ».
Разработан проект технической документации на изделия колбасные вареные с использованием биологически активного композита. В производственных условиях ЗАО «ВКЗ-М» (Москва) проведена промышленная апробация новых видов продуктов.
Разработанный биологически активный композит способствует увеличению экономической эффективности производства мясных продуктов за счет рационального использования сырья животного происхождения, которая составила 9,9 тыс. руб. на 1 тонну продукции.
Научные положения, выносимые на защиту:
создание коллагенсодержащей матрицы для изучения процесса иммобилизации аскорбиновой кислотой на модифицированном коллагене методом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии.
изучение влияния способов консервирования на свойства биологически активного композита.
оценка эффективности влияния разработанного биологически активного композита на сохранность термолабильной аскорбиновой кислоты в вареной колбасе.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует пунктам 2, 5, 7 паспорта специальности 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств» и пунктам 5, 13 паспорта специальности 05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ».
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований были представлены на следующих конкурсах и конференциях: Студенческая конференция технологического факультета Московского государственного университета прикладной биотехнологии (Москва, 2010 г.); IX Международная научно-практическая конференция «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2011 г.); IX, Х Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2011, 2012 г.); VII Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2013), X Международная научно-практическая конференция «Техника и технология: новые перспективы развития» (Москва, 2013 г.).
Результаты работы отмечены дипломом за научную работу по изучению влияния коптильного ароматизатора на свойства солюбилизированного коллагена, представленную на студенческой конференции технологического факультета Московского государственного университета прикладной биотехнологии (Москва, 2010 г.); грамотой за участие в IX международной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2011); дипломом и медалью за научную работу по консервации биологически активного композита на основе модифицированного коллагена, представленную на конкурсе молодых ученых на лучшую научно-исследовательскую работу в рамках VII Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2013); дипломом за доклад на Х Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (Москва, 2013 г.).
Публикации. По результатам исследований, изложенных в диссертационной работе, опубликовано 9 печатных работ, в т.ч. статей в журналах, рекомендованных для опубликования основных результатов исследований ВАК Минобрнауки РФ – 2; получен патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, включающих литературный обзор, методы исследований, 4 главы, посвященных собственно экспериментальным исследованиям с обсуждением их результатов, выводов, списка литературы, содержащего 152 источника отечественных и зарубежных авторов, и 5 приложений. Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 43 страницы приложений, 28 таблиц и 44 рисунка.
Роль препаратов на основе коллагена в жизнедеятельности человека
Коллагеновые волокна найдены во всех видах соединительной ткани, они обеспечивают образование и поддержание общей физической и структурной целостности организма (ткани внутренней среды, опорные ткани); принимают участие в барьерной, репаративной, метаболической, терморегуляторной, рецепторной функциях [84, 144].
Наибольшие количества коллагена были обнаружены в дерме, сухожилиях, костях, хрящах, связках, фасциях; стенках сосудов, полых органах и кишечнике. Коллаген составляет 30% общей массы белков млекопитающих, причем 40% его находится в кожном покрове [77, 87].
Коллаген состоит из макромолекул, имеющих трехспиральную структуру, которые после биосинтеза в фибробластах спонтанно полимеризуются в фибриллы с характерной поперечной исчерченностью и далее участвуют в образовании нерастворимых волокон высокой прочности
[76, 81, 82]. Он отличается от других белков опорных тканей специфическим аминокислотным составом, уникальным стереометрическим расположением полипептидных цепей, наличием «необычных» и поперечных связей, имеет сложнейшее многоуровневое строение.
Строение и аминокислотный состав коллагена. Коллаген – белок, составляющий основу соединительной ткани (сухожилия, кость, хрящ и т.п.) и обеспечивающий ее прочность. С помощью электронной микроскопии установлено, что коллагеновые волокна построены из фибрилл различного диаметра, имеющих поперечную исчерченность. В свою очередь фибриллы построены из макромолекул коллагена – тропоколлагена (молекулярная масса 360 000), состоящего из трех полипептидных цепей, образующих тройную спираль диаметром около 1,5 нм и длиной 300 нм. Каждая цепь состоит из 1000 аминокислот и имеет молекулярную массу 1200 [88, 89, 104, 105].
Структура макромолекулы стабилизируется водородными связями между пептидными группами соседних цепей. Особенности взаиморасположения молекул тропоколлагена, соединенных конец к концу и бок о бок, определяют характер строения фибрилл [76]. В параллельных нитях, образованных соединением тропоколлагена конец к концу, начало молекул смещено, что обуславливает наблюдаемую периодичность в строении фибрилл. Период поперечной исчерченности коллагеновых волокон 64—70 нм.
Ковалентные связи возникают между функциональными группами аминокислот, а также при участии углеводов. Ионные связи - между разноименно заряженными боковыми цепями, они устойчивы в отсутствии воды, в водной среде эти связи сильно ослабевают, а при температуре 60 С полностью исчезают. Ионные связи имеют большое значение в процессах набухания и сваривания коллагена [61]. В настоящее время описано 28 типов коллагена, которые кодируются более чем 40 генами. Они отличаются друг от друга по аминокислотной последовательности, а также по степени модификации - интенсивности гидроксилирования или гликозилирования. Общим для всех коллагенов является существование одного или более доменов, содержащих тройную спираль и присутствие их во внеклеточном матриксе. Более 90% всего коллагена высших организмов приходится на коллагены I, II,III и IV типов [82, 104].
Коллаген составляет в среднем 30% всех белков в теле животного. В шкуре находится почти 50% всего коллагена, содержащегося в теле животного [61, 63].
Аминокислотный состав коллагенов обычно характеризуется обязательным присутствием оксипролина - характерной аминокислотой для соединительной ткани и отсутствием триптофана, являющегося характерным для любой мышечной ткани [61-64, 126].
Коллагены кожных оболочек содержат в больших концентрациях пролин и оксипролин (около 20 % от суммы всех аминокислот), глицин и аланин (свыше 50 % от суммы всех аминокислотных остатков).
Ароматические, гетероциклические и серосодержащие аминокислоты практически отсутствуют или имеются в весьма малых количествах, объясняемых недостаточно высокой очисткой коллагена от других белков [81].
По количеству оксипролина можно рассчитать содержание коллагена в любом организме. Основной способ определения содержания коллагена предполагает определение оксипролина, характерного для этого белка, а затем пересчет на содержание коллагена, используя соответствующий коэффициент (7,46). Этим пользуются в биохимии для распознавания коллагена в различных тканях и органах, в пищевой промышленности — для обнаружения недопустимых отходов в мясе, в желатиновой промышленности — для контроля чистоты желатина, в кожевенном и меховом производствах — для установления типа отходов [56].
Способы обработки объектов исследований
С применением коллагена в качестве аналога пищевого волокна, в отечественной промышленности стало возможным рациональное использование сырья, когда доля коллагенсодержащих тканей, вводимых в рецептуру без снижения качественных показателей и с увеличением биологической ценности продукта при целенаправленной термической обработки, достигает 25-30% [75, 122, 123, 125, 132].
Известен способ получения препарата желирующего коллагена, который после ряда воздействий на исходное сырье, позволяет исключить желатин из рецептуры ветчинных пастеризованных консервов. Для этой цели могут найти применение отходы производства (свиная шкурка, хрящи). Препарат, более чем на 80 % переходит в желеобразное состояние, остальное количество нерастворившегося коллагена не ощущается и не ухудшает качество консервов [58].
Специалистами ВНИИМП им. В. М. Горбатова показана практическая возможность использования коллагенсодержащих отходов мясной промышленности для производства искусственной оболочки для сосисок, приближающейся по комплексу показателей к натуральной оболочке из бараньих черев.
Также во ВНИИМП им. В.М. Горбатова был разработан белковый пленкообразующий состав для получения з а щ и т н ы х покрытий непосредственно на поверхности мясопродукта, позволяющий сохранять качество и уменьшать усушку в процессе хранения. Использование в мясной промышленности коллагена в молекулярно-диспергированном состоянии возможно в качестве основы для получения пищевых съедобных покрытий мясных продуктов и колбас и для изготовления сосисочных оболочек. Использование таких покрытий не влияет на качество мясных продуктов, а по органолептическим показателям они имеют более высокие оценки по сравнению с контрольными образцами. Кроме того, средний выход продукта увеличивается на 3 %, а масса покрытия составляла только 0,2 %. Эти данные говорят о возможности эффективного решения проблем рационального применения белоксодержащих ресурсов животного происхождения в пищевых целях [19, 69, 120].
Переработка коллагенсодержащего сырья в желатин позволяет получить значительную прибыль. Использование мездры шкур животных на клей нерентабельно, поскольку выход клея составляет всего 2- 4 % от перерабатываемой белковой массы. В связи с этим мясокомбинаты и кожевенные предприятия зачастую вынуждены вывозить мездру в отвалы [13, 119].
В настоящее время ряд отечественных кожевенных заводов поставляют гольевой спилок шкур крупного рогатого скота для производства белковой колбасной оболочки [53]. Крупные предприятия по поставкам гольевого спилка расположены в городах Курск, Вознесенск и др. Для рационального использования этого вида отходов Центральным научно-исследовательским институтом кожевенно-обувной промышленности (ЦНИИКП) разработана и утверждена инструкция по получению и консервированию гольевого спилка шкур крупного рогатого скота для производства белковой колбасной оболочки.
Широко распространены изделия кулинарной готовности с использованием коллагенсодержащего сырья за рубежом. В Великобритании разработана технология производства мясного хлеба, в состав которого входят 20% рубца, а также свинина, соевый изолят, специи, посолочная смесь. Во Франции, популярны мясные изделия из субпродуктов с добавлением жира в оболочке из свиного желудка [51].
В США запатентована рецептура пастообразной смеси, состоящей из субпродуктов, структурированных белков, соли, пряностей [51].
Во Франции производят ароматизированные травами субпродуктовые колбаски с зеленым перцем, грибами, яблоками.
Известны работы отечественных и зарубежных авторов, в которых показана возможность переработки коллагенсодержащего сырья на корма для сельскохозяйственных животных, с целью получения удобрений, для использования в кожевенной промышленности [39, 60, 131].
Еще одним, широко развивающимся в настоящее время, направлением использования коллагенсодержащего сырья является применение материалов, полученных из них, в медицине и ветеринарии. Применение коллагеновых препаратов в медицинской и ветеринарной практике основано на их биологической близости к тканям животного организма. Коллаген – перспективное, эффективное вспомогательное вещество в технологии лекарственных форм, обладающее рядом ценных свойств (пролонгатор, стимулятор регенерации тканей) [31, 32, 114, 138].
Медицинская промышленность ряда стран выпускает коллагеновые препараты разного назначения. В частности, ученые Румынии получили коллагеновые препараты для лечения ожогов, гидролизат для косметики, а также текстильные сосудистые протезы с пропиткой из коллагена.
В медицинской практике используются продукты растворения коллагена в виде волокон, пленок, губок, нитей, труб, шовного материала в пластической хирургии для лечения ран, ожогов, трофических язв, порошков и мазей [57, 130].
Изучение влияния аскорбиновой кислоты на свойства коллагенсодержащей матрицы
Исследования показали, что БПШ-2 обладает высокими функционально-технологическими свойствами, несущественно отличающих его от ранее предложенного технологического решения (БПШ-1). Данные отличия, по нашему мнению, связаны с изменением условий (использование уксусной кислоты) получения белкового продукта, что приводит к изменениям в структуре коллагена – увеличению количества фрагментов коллагеновых волокон с большей молекулярной массой. Анализ полученных данных свидетельствует об увеличении влагосвязывающей способности БПШ-2 по сравнению с БПШ-1, что связано, вероятно, с разрыхлением коллагеновых волокон, их большим количеством и, соответственно, возникновением новых связей, по которым происходит их взаимодействие с диполями воды. Незначительное снижение ВУС связано с уменьшением свободных гидрофильных центров на поверхности белка, способных удерживать дополнительные количества воды после тепловой обработки. Наблюдается и незначительное увеличение жироудерживающей способности - на 1,21%, что по совокупности свидетельствует о высоком уровне функционально-технологических свойств БПШ, полученного новым способом.
Таким образом, установлено, что разработанный способ получения белкового продукта из свиных шкур (далее под БПШ подразумеваем БПШ-2) в целом способствует улучшению свойств продукта по сравнению с ранее предложенным техническим решением, а техническая новизна этого способа подтверждена патентом РФ №2478299 (Приложение А).
Получение и изучение свойств коллагенсодержащей матрицы Одним из направлений рационального использования отходов и вторичного коллагенсодержащего сырья мясной промышленности является перевод его в растворимое состояние и последующее получение из продуктов растворения коллагеновых материалов. В нашем случае одной из задач, стоявшей при выполнении работы, являлось изучение влияния термолабильного витамина и таннирующего компонента на поведение коллагена, входящего в белковый продукт из свиной шкуры (БПШ) в качестве белковой единицы, а также изучение процесса иммобилизации аскорбиновой кислоты на коллагене для предотвращения ее разрушения при нагревании. В связи с этим возникла необходимость разработки способа выделения коллагена в виде коллагенсодержащей матрицы (КСМ) из БПШ для дальнейшего исследования ее взаимодействия с минорными нутриентами.
Получение коллагенсодержащей матрицы и ее основные свойства Получение коллагенсодержащей матрицы проводили согласно способу получения БПШ-2 (этапы 1-5) (рис. 9). Затем раствор сливали, а субстанцию заливали 6%-ым раствором уксусной кислоты для растворения фибриллярных белков соединительной ткани (этап 7). Жидкостной коэффициент равен 2-3, что обеспечивало полное погружение массы в раствор и возможность равномерного взаимодействия сырья с уксусной кислотой. По завершении процесса проводили гомогенизацию полученной массы до однородного состояния и фильтрование через капроновую ткань (этапы 8-9). Коллагену, выделенному путем растворения, было присвоено название коллагенсодержащая матрица.
Ранее было установлено, что в процессе щелочно-солевой обработки в коллагене происходит расщепление различных типов поперечных связей, в т.ч. и ковалентных, но без значительного нарушения пептидных связей в главных цепях [82]. Можно предположить, что в наших исследованиях в процессе кислотного растворения в уксусной кислоте разрушается большая часть поперечных, главным образом, водородных связей. При этом в раствор переходят структурные элементы - -, -, -полипептидные цепи (конформеры), сохранившие основные черты нативного коллагена.
Полученная коллагенсодержащая матрица представляет собой однородную полупрозрачную субстанцию белого оттенка. Основные ее качественные характеристики приведены в таблице 4. Таблица 4 - Свойства коллагенсодержащей матрицы Показатели Количество Содержание влаги, % 85,61 ± 1,35 Содержание белка, % 2,49 ± 0,04 Содержание соединительнотканных белков, % от общего белка 84,22 ± 1,33 в т.ч. коллагена 77,90 ± 1,23 Величина рН, ед. 6,12 ± 0,09 Изоэлектрическая точка, ед. 7,31 ± 0,11 Температура сваривания, С 33,00 ± 0,52 Молекулярная масса, кДа 264,60±4,18
Использование коллагена в составе БПШ в качестве носителя для биологически активных веществ может быть эффективно при условии отсутствия перехода белка в изоэлектрическое состояние (рН 7,31). Это обеспечивает наименьшие показатели набухания, что можно объяснить щелочно-солевым воздействием при подготовке исходного сырья к получению БПШ. Величина молекулярной массы свидетельствует о произошедших в структуре коллагена изменениях под действием новых условий выделения и указывает на вероятное присутствие в матрице комплексов из полипептидных - и -цепей коллагена, которые способствуют формированию плотных студней, стабилизирующих в дальнейшем мясные системы и готовые продукты.
Наряду с приведенными выше показателями определяли вязкость КСМ с помощью ротационного вискозиметра. Измерение вязкости позволяет охарактеризовать реологические свойства растворов, которые зависят от молекулярной массы и формы молекул продуктов растворения коллагена (рисунок 13).
Вакуумная сублимационная сушка
Несомненно, что применение коптильного ароматизатора не только улучшает вкусовые характеристики готового мясного продукта, но и способствует таннированию в нем коллагеновых волокон. Введение коптильного ароматизатора в раствор коллагена (1 мм3 на 2,2 мг/см3 раствора белка) (рис. 21,а) заметно отразилось на величинах площади пиков (H) обеих компонент. По сравнению с контролем в значительной степени уменьшалась площадь пика первой, более развернутой формы коллагена и, соответственно, несколько увеличивалась площадь пика мономерной формы белка (табл. 5). Соответствующим образом изменяются и величины t1/2 обеих компонент, а значение tomax заметно изменяется только для первой компоненты. Оно увеличивается с 32,9 до 33,3oС (на 1,2%).
Температурная зависимость избыточного теплопоглощения КСМ в присутствии коптильного ароматизатора непосредственно после приготовления раствора белка (а) и через 24 ч (б)
Инкубация белка с коптильным ароматизатором в течение 24 ч приводит к дальнейшему количественному перераспределению конформеров – увеличению площади пика первой, более развернутой компоненты (и дальнейшему росту ее термостабильности до 33,5oС) и уменьшению площади пика мономерного коллагена (рис. 21,б). Однако величины площадей пиков обеих компонент по абсолютным значениям все равно остаются меньшими, чем в контроле.
Таким образом, отдельно взятый коптильный ароматизатор проявляет в некоторой степени дестабилизирующее действие на раствор белка (очевидно, сказался его рН - 2,0-3,5), качественно и количественно изменяя его структурные свойства.
Введение в КСМ коптильного ароматизатора на фоне аскорбиновой кислоты также отражается на перераспределении величин Н коллагена, и прежде всего на увеличении площади первой компоненты, представляющей более развернутый конформер (рис. 22,а). Увеличение продолжительности инкубации этой смеси до 24 ч сопровождалось дальнейшим ростом величины Н первой компоненты белка и соответствующим уменьшением площади пика мономерного коллагена (рис. 22,б, табл. 5).
Сравнение термодинамических параметров контрольных и опытных препаратов показывает, что введение в КСМ аскорбиновой кислоты и коптильного ароматизатора (взятых отдельно или вместе) частично дестабилизирует мономерную форму белка и способствует переходу его структуры в конформацию с менее упорядоченной тройной спиралью.
Следует отметить, что дестабилизирующий эффект коптильного ароматизатора, взятого отдельно, менее выражен, чем у его смеси с аскорбиновой кислотой.
Можно предположить, что термодинамические характеристики коллагена в составе КСМ, его структурная стабильность и устойчивость к воздействию добавленных аскорбиновой кислоты и коптильного ароматизатора напрямую зависят от условий выделения и степени модификации исходного препарата белка. 20 15 10 - Ґ-. /\ 5 - к 0- T r ± 45 25 30 35 40
В диспергированных фибриллярных белках происходят изменения в тонкой структуре, включая снижение энергии межмолекулярного взаимодействия. Поэтому в дальнейшем важно достоверно оценить возможность стабилизации в процессе комплексообразования для разрабатываемого композита, включающего аскорбиновую кислоту и коптильный ароматизатор.
Таким образом, предложенный метод позволил изучить процесс комплексообразования модифицированного биополимера – коллагена, с биологически активным веществом. Установлена возможность создания биологически активного композита на основе белкового продукта из свиных шкур, что позволит рационально использовать коллагенсодержащие отходы мясной промышленности, сократить дефицит витаминов и микроэлементов, повысить качество готового продукта.
Изучение процесса комплексообразования белкового продукта из свиных шкур с аскорбиновой кислотой и таннирующим агентом
На следующем этапе в качестве объектов исследования были использованы нативные образцы БПШ. Помимо белкового продукта из свиных шкур (контрольный препарат) образцы содержали также аскорбиновую кислоту и коптильный препарат, взятые по отдельности и вместе - БАК. Аскорбиновая кислота использовалась в количестве 200 мг/100 г белка. Коптильный ароматизатор вводился в оптимальном количестве - 0,08 мл/100 г белка, как это показано в предыдущем исследовании.
В качестве термодинамического параметра использовали теплоемкость, которую измеряли на дифференциально-сканирующем микрокалориметре ДСМ-2М, предназначенном для исследования твердых образцов [68]. Навеску образца массой 15-20 мг герметично запечатывали в специальный алюминиевый контейнер и нагревали со скоростью 4 K/мин в температурном диапазоне от 25 до 70С. Теплоёмкость вычисляли, сравнивая тепловые потоки исследуемого образца и эталона. В качестве эталона использовали термодинамический стандарт – корунд (-Al2O3) c известной удельной теплоёмкостью. В предыдущем исследовании (п.3.3), при изучении биофизических свойств коллагенсодержащей матрицы, для определения термодинамических параметров использовали пики избыточного теплопоглощения, определяемые на микрокалориметре для жидких образцов ДАСМ-4А с помощью вычитания из теплоемкости образца теплоемкость буфера[1]. Оба подхода достаточно эквивалентны и различаются лишь методикой расчета [68] в зависимости от физического состояния (жидкое или твердое) образца. Кривые температурной зависимости теплоёмкости исследуемых образцов в интервале измеренных температур (25 - 70С) аппроксимировали суммой двух гауссовых компонент, определяя положение максимума пиков (Тimax, С; Тгшах, С) и площади под пиками - энтальпии (Ні,Дж/г, Н2,Дж/г) методом наименьших квадратов, используя алгоритм Маркуардта [147].
