Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1. Каррагинаны - как пищевая добавка при производстве продуктов питания и способы его получения 6
1.2. Состав и функциональные свойства каррагинанов 11
1.3. Влияние природы катиона на физические свойства каррагинана 17
1.4. Механизм взаимодействия каррагинана с белками животного и растительного происхождения 22
1.5. Применение каррагинанов в пищевой промышленности и медицине 26
1.6. Использование комплексных смесей пищевых добавок в производстве мясопродуктов 38
1.7. Заключение к обзору литературы 45
Глава 2 Организация и постановка эксперимента, объекты и методы исследования 46
2.1. Постановка опытов и схема проведения экспериментов 46
2.2. Характеристика объектов исследования 48
2.3. Методы исследования 49
2.3.1. Определение функционально- технологических свойств гелей 49
2.3.2. Определение общего химического состава 53
2.3.3. Определение величины рН 53
2.3.4. Определение водосвязывающей способности 54
2.3.5. Определение активности воды 54
2.3.6. Определение структурно-механических свойств 54
2.3.7. Определение аминокислотного состава 54
2.3.8. Определение перевариваемости «in vitro» 55
2.3.9. Определение массовой доли остаточного нитрита 55
2.3.10. Определение содержания нитрозопигментов 56
2.3.11. Определение выхода готового продукта 57
2.3.12. Исследование микроструктуры мышечной ткани 57
2.3.13. Микробиологическая оценка 57
2.3.14. Органолептическая оценка качества 58
2.3.15. Статистическая обработка экспериментальных результатов 58
Глава 3. Изучение функциональных свойств каррагинанов (серии Liangel) с целью создания нового препарата «Тоцнм» 59
3.1. Изучение функциональных свойств каррагинана и амилозы 59
3.1.1. Органолептическая OL^HKa препарата «Тоцим» сЗ
3.1.2. Определение ВУС и синерезиса препарата «Тоцим» 63
3.1.3. Определение ККГ и прочностных характеристик препарата 65
3.1.4. Влияние электролитов и рН на гелеобразующие свойства препарата «Тоцим» 66
3.1.5. Влияние белков растительного и животного происхождения на функциональные свойства препарата «Тоцим» 68
Глава 4 Влияние препарата «Тоцим» на функционально- технологические н структурно-механические свойства модельных фаршевых систем в зависимости от состояния сырья и значения рН 73
4.1. Влияние различной концентрации препарата «Тоцим» на водосвязывающую способность и структурно-механические свойства модельных фаршевых систем 70
4.2. Исследование функциональных свойств модельных фаршевых систем в присутствии соевых и молочных белков 76
Глава 5 Комплексные исследования качественных показателей и разработка технологии вареной колбасы с использованием препарата «Тоцим» 80
5.1. Изучение функционально-технологических свойств вареных колбас 80
5.2. Определение активности воды 83
5.3. Микробиологические исследования вареных колбас 84
5.4. Исследование биологической ценности и усвояемости вареных колбас 85
5.5. Исследование содержания остаточного нитрита натрия и нитрозоаминов 87
5.6. Микроструктурные исследования 88
5.7. Органолегггическая оценка вареных колбас 91
5.8. Разработка промышленной технологии вареных колбас с использованием нового препарата «Тоцим» 92
Выводы 94
Список использованной литературы 95
Приложение
- Состав и функциональные свойства каррагинанов
- Определение функционально- технологических свойств гелей
- Влияние белков растительного и животного происхождения на функциональные свойства препарата «Тоцим»
- Исследование функциональных свойств модельных фаршевых систем в присутствии соевых и молочных белков
Введение к работе
В современном мясоперерабатывающем производстве, характеризующимся крупными объемами и интенсивной технологией, наряду с сырьем используют различные добавки, позволяющие создавать новые мясные продукты прогнозируемого и гарантированного качества, отвечающие современным медико-биологическим рекомендациям при одновременном снижении их стоимости.
Многие работы отечественных и зарубежных авторов (Антипова Л.В., Журавская Н.К., Кудряшов Л.С., Рогов И.А., Токаев Э.С., Липатов Н.Н., Тол-стогузова И.П., Damasso М.Н., Gardona и др.) посвящены разработке рецептур и технологий новых мясных продуктов, обогащенных различными пищевыми добавками.
К группе пищевых добавок, улучшающих функционально-технологические свойства мясных изделий, относят каррагинаны полисахариды красных морских водорослей. Использование полисахаридов природного происхождения при производстве мясных изделий, позволяет выпускать продукты пониженной жирности и обогащать рацион питания человека пищевыми волокнами, суммарное потребление которых в настоящее время составляет 10 г. в сутки, что в 3 раза меньше нормы. Каррагинаны относятся к группе полисахаридов с определенными физическими и химическими свойствами, которые не гидролизуются пищеварительными ферментами человека. С химической точки зрения каррагинаны являются полимерами, состоящими из сульфатированных единиц галактозы. В соответствии с этим различают три фракции каррагинанов - каппа, йота и лямбда. В мясной промышленности при производстве мясопродуктов в основном используется каппа-каррагинан.
Каррагинан - хороший водоудерживающий, стабилизирующий агент, используя который можно добиться высоких органолептических показателей вырабатываемых мясных изделий. Свойства каррагинанов можно регулировать, комбинируя их состав, добавляя другие гидроколлоиды, белки, изменяя
ионную силу среды, температуру и т.д.
Однако, в условиях приготовления фаршей, каррагинан трудно растворим и не загущает фаршевой массы. Низкая вязкость фарша осложняет процесс производства различных мясопродуктов, а низкая вязкость рассола способствует быстрому осаждению частиц каррагинана, что приводит к неравномерному введению гелеобразователя в мясное сырье и ведет к получению технологического брака. Одним из путей улучшения реологических свойств каррагинана является его комбинации с другими полисахаридами. Одним из полисахаридов, способствующим улучшению равномерного распределения гелеобразователя в мясном сырье, является амилоза. Амилоза природная смесь, получаемая из различных водорослей содержащая в своем составе 1-4Д-глюкопиранозу.
Решение поставленных проблем обусловлено разработкой технологии производства колбас с новой пищевой добавкой (каррагинан и амилоза), позволяющей равномерно вводить гелеобразователь в мясную систему, что позволит улучшить функционально-технологические свойства, стабилизировать качественные показатели с увеличением выхода готового продукта.
Состав и функциональные свойства каррагинанов
С химической точки зрения каррагинаны являются полимерами состоящими из более или менее сульфатированных единиц галактозы. Две соединенные единицы галактозы могут иметь различия, как в их конфигурации, так и в количестве и положении сульфатных групп [42]. В соответствии с этим различают три функции: каппа, йота, лямбда [13, 97, 114].
Лямбда - каррагинан, содержит 3 сложных сульфатных эфира в двух углеводных звеньях, растворяются при пониженной температуре и являются наиболее гидрофильными. Каппа - каррагинан, содержит один сложный сульфатный эфир, расположение в цикле галактопиранозы является менее гидрофильным и растворяется при повышенных температурах. Йота - каррагинан с двумя сложными сульфатными эфирами в двух углеводных цепях занимает промежуточное положение [5, 117, 118,119]. Основные свойства кар-рагинанов представлены в табл. 2.
Однако, существует вид каррагинана, который по своему химическому составу занимает промежуточное положение между каппа и йота-каррагинанами. У специалистов он получил название 2-каррагинан. Карраги-нан каппа 2 вобрал в себя лучшие свойства каппа и йота-каррагинанов (высокая эластичность, и прочность гелей, слабый синерезис) [107].
Известны две структуры, склонные к гелеобразованию это каппа и йота каррагинаны. Остальные структуры не соответствуют гелеобразованию.
Первые модели гелеобразований каррагинанов были предложены в начале 80-х гг. Гелеобразование связывается с переходом клубок-спираль и требует для завершения процессов ионов.
Механизм гелеобразования к-каррагинана изучен достаточно хорошо и представлен на рис.2.
Спиральная конформация каппа и йотта каррагинанов определяется их химической структурой. В отличии от лямбда каррагинанов, которые не образуют гели, каппы и Йота каррагинаны содержат остатки 3,6-дегидрогилактозы, которые служат инициатором спирализаций [96, 117].
При нагревание суспензии к-каррагинана выше 70С в присутствие ионов калия образуется раствор, охлаждение которого приводит к образованию спиралевидных участков в молекуле к-каррагинана, которые стабилизируются связями. Под действием ионов калия спиралевидные участки соседних молекул полимера взаимодействуют между собой, образуя, таким образом, двойные спирали, которые становятся узлами пространственной сетки. Узлы образуются за счет водородных связей. Далее узлы могут укрупняться посредством взаимодействия двойных спиралей. Уникальная роль ионов калия в механизме гелеобразования заключается в том, что его ионный радиус в гидратированном состоянии меньше, чем у ионов других щелочных металлов. Это позволяет ионам калия проникать в спираль молекулы каррагинана, компенсировать отрицательный заряд сульфатных групп и, таким образом, обеспечивать взаимодействие соседних молекул [7,5].
Этот процесс термообработки объясняется плавлением геля при кон-формационном переходе двойной спирали. Образование трехмерной сети, необходимое для формирования геля, обеспечивает присутствие остатков га-лактозо-6-сульфата и галактозо-2,6-дисульфата, замещающих остатки дегид-ро галактозы, что нарушает стереорегулярность цепи [105].
Такая структура ограничивает длину двойной спирали и осуществляет также ассоциацию соседних двойных спиралей. Ассоциация двойных спиралей подавляют также электростатическим отталкиванием сульфатных остатков, локализированных снаружи двойной спирали. Эти два свойства придают гелю хорошую эластичность и отсутствие синерезиса.
Двойная спираль к-каррагинанов также имеет подобные свойства, отличие состоит в том, что двойные спирали этого каррагинана агрегируют в отсутствии отрицательно заряженных остатков на их наружной поверхности. Образующийся гель более жесткий и хрупкий, это объясняет также наблюдаемое при гелеобразовании явление синерезиса. В обоих случая гелеобразо-вание термообратимо [79, 111, 90].
Очень важными характеристиками гелей являются такие понятия как тиксотропия и синерезис. Тиксотропия - это способность обратимо переходить в жидкое состояние при механической обработке и возвращаться в твердое состояние. Тиксотропия свойства гелей обладают мясные, фаршы, паштеты.
Определение функционально- технологических свойств гелей
Препараты «Liangel» рекомендованы фирмой изготовителем для применения в технологии мясных продуктов. Препараты «Liangel» главным образом состоят из каппа-каррагинанов, образующие связи с другими гидроколлоидами. «Амилоза» (природная смесь из водорослей).
Свойства препаратов «Liangel» и «Амилозы» представлены в табл. 1. Для изучения основных технологических характеристик мясных систем использовали (говядину I сорта и свинину полужирную).
Химический состав мясного сырья представлен в табл. 2. В работе были использованы следующие методы исследования: Определение массовой доли влаги методом высушивания в сушильном шкафу при температуре 105С до постоянной массы - по ГОСТ 9958-74; Определение критической концентрации гелеобразования (ККГ). Для определения ККГ готовили суспензии каррагинана различной концентрации, начиная с 1%-ой. Для этого брали 1 г препарата каррагинана и диспергировали в 99 мл дистиллированной воды или солевого раствора при комнатной температуре не менее 15 мин. Пробирки с суспензиями помещали в термостат и термостатировали при температуре 72С не менее 15 мин.
Затем их извлекали из термостата, помещали в каждую по дробине (для лучшего перемешивания) и тщательно перемешивали встряхиванием. Далее штатив с пробирками охлаждали до комнатной температуры и ставили на 18 - 20 ч в холодильник. Затем в каждую пробирку осторожно на поверхность геля помещали свинцовый шарик (масса 0,532 ± 0,003г, диаметром 4,48x103м, давление шарика на поверхность геля составляет 300 Па). Пробирки-выдерживали в холодильнике 1 час, затем штатив с пробирками извлекали и снимали показания. За критическую концентрацию гелеобразования принимали концентрацию препарата каррагинана, в которой зафиксировано образование геля (образование геля фиксировали по удерживанию шарика на его поверхности). Затем пробирки оставляли при комнатной температуре на 2 часа. По истечении этого времени снова снимали результаты [13]. Определение органолептических показателей гелей.
Для определения прозрачности пластинки студня толщиной не более 10мм клали на чистое прозрачное стекло, под которое заранее помещали лист бумаги с напечатанным текстом. При прозрачном студне текст можно прочитать свободно.
Для определения цвета пластинки студня вынимали из чашек Петри и помещали на бесцветное чистое прозрачное стекло, под которое клали лист белой бумаги. Степень желтизны определяли визуально, сравнивая пластинки с бумагой. После этого органолептически определяли вкус и запах. Запах каррагинана определяли в водном растворе и в студне [3]. Определение количества синерегической жидкости.
Для определения количества синерегической жидкости геля каррагинана готовили гель с концентрацией сухого каррагинана 1%, объёмом 200 мл. Сваренный гель разливали в алюминиевые бюксы, затем охлаждали и ставили на хранение в холодильник при температуре 4С в течение 24 часов.
По истечении времени хранения бюксу с образцом извлекали из холодильника и взвешивали на весах. Далее взвешивали гель, извлечённый из бюксы. Массовая доля синерегической жидкости (w) определяли по формуле:
Для определения температуры плавления геля каррагинана пробирки с 1% гелем опускали в стакан с холодной водой и помещали на водяную баню (темп, повышения температуры воды в стакане составляла на 1С не более 2-3 мин). Температуру, при которой содержимое пробирки переходило в жидкое состояние, отмечали как температуру плавления студня каррагинана. За результат измерения принимали среднеарифметическое трех повторностей эксперимента.
При оценке структурно-механических свойств гелей каррагинана использовали испытательную машину «Инстрон-1140». Определение работы резания основано на разрезании образцов в кубической камере тринадцати-лейзвенным ножом с постоянной регистрацией компьютером усилий, возникающих при этом резании [49].
Для расчета работы резания использовалась следующая формула: где: S - площадь под кривой «усилие-деформация», ограниченной снизу горизонталью, определяющей момент выхода тринадцатилейзвенного ножа через пазы в дне камеры, Нм [49].
Влияние белков растительного и животного происхождения на функциональные свойства препарата «Тоцим»
При производстве мясных продуктов, используют соли Na+ и Ка+, которые могут оказывать существенное влияние на функциодально-технологические свойства препарата.
Для изучения влияния солей NaCl и КС1 на препарат «Тоцим» образцы геля готовили следующим образом. В раствор каждого препарата «Тоцим» с (рН = 6,0) вводили разное количество NaCl и КС1 (от 0 до 2,5%). Результаты опытов рис. 6 показали, что при внесении от 0 до 2,5% поваренной соли, ПНС образцов повышается по сравнению с водными гелями. Следовательно введение в раствор хлорида натрия кальция приводит к усилению гелеобра-зующих свойств препарата.
При производстве мясных продуктов часто используют фосфаты и пи-рофосфаты. Результаты исследований по влиянию фосфатов на ПНС гелей показали, что при введении 1% пирофосфата повышается рН среды до 6,2-6,3 и незначительно снижается значение ПНС,
На функциональные свойства препарата, помимо электролитов оказывает влияние рН среды. Для изучения влияния рН образцы готовили с различным от 4,0 до 8,0 значением рН рис. 5. При сравнении ПНС чистых гелей (рН = 6,0) и гелей с рН ниже 6,0 можно отметить равномерное снижение ПНС и наоборот при рН среды выше 6,0 происходит увеличение значения ПНС.
При составлении рецептур в производстве колбас, используют белки растительного и животного происхождения (соя, молочные белковые концентраты) и т.д. Для выяснения влияния белков растительного и животного происхождения на функциональные свойства комплексного препарата «Тоцим», нами были проведены опыты по определению ПНС препарата в комплексе с белками.
Для этого водный экстракт молочных белков (рН 6,0) смешивали с препаратом «Тоцим» и нагревали на водяной бане в течении 5 мин, охлаждали до 20С и измеряли ПНС. Аналогичный опыт проводили с препаратом и соевым белком.
Анализируя полученные экспериментальные данные, по функциональным свойства препарата «Тоцим» можно отметить, что на процесс гелеобра-зования и соответственно ПНС гелей, влияют различные белковые добавки. Результаты проведенных исследований свидетельствует о повышении ВУС и уменьшении ПНС гелей при системе препарат + белок (табл.5).
Водоудерживающая способность образцов с белковыми добавками имеют тенденцию к увеличению с возрастанием концентрации белка, что можно предположить комплексообразования полисахарид + белок. С увеличением ВУС, как показывают данные таблица 5., прочность геля возрастает.
Таким образом, общие результаты полученных данных, характеризующие свойства препарата «Тоцим» можно констатировать, что препарат соответствует и даже по некоторым показателям, как гелеобразования, ВУС выше препарата к-каррагинана3 что говорит о его перспективе использования в производстве мясных продуктов. Кроме того, можно отметить, что на интенсивность гелеобразования оказывают влияние величина рН, концентрация введенных солей и добавок. Рассматривая структурно-механические свойства препарата «Тоцим», можно отметить, что ПНС гелей «Тоцим» при определенной концентрации к-каррагинана и амилозы соответствует уровню значения ПНС вареных колбас, п/к и в/к колбас, сосисок и сарделек.
Исследование функциональных свойств модельных фаршевых систем в присутствии соевых и молочных белков
В современном колбасном производстве, наряду с основным сырьем используют белковые препараты растительного и животного происхождения, обладающие высокой пищевой ценностью и близкими функциональными свойствами с мышечными белками. К ним относятся соевые и молочные белковые препараты. Соевые белковые препараты обладают высокой водосвязы-вающей и эмульгирующей способностью, оказывают положительные влия ниє на уровень гидратации мышечных белков, что позволяет получать продукты высокого качества при использовании сырья различной термической обработки. В меньшей степени в производстве мясопродуктов используют размягченные молочные белковые концентраты (казеинат, копреципитат, сухой сывороточный белок). Литературные данные свидетельствуют, что наиболее лучшими эмульгированными свойствами обладает казеинат натрия, который благодаря разделению гидрофобных и гидрофильных участков аминокислотной цепи обладает высокими поверхностно-активными свойствами.
Для проведения экспериментов были выбраны модельные системы (сырой фарш) в состав которых вводили до 1,5% гидратированный соевый (1:4) изолят cynpo-500 Е молочно-белковый концентрат казеинат натрия. Результаты эксперимента приведены на рис. 9, 10.
При изучении динамики изменения водосвязывающей способности и предельного напряжения сдвига модельных фаршевых систем от количества вводимых соевых и молочных белков, можно отметить, что при увеличении введения белков в фаршевые модельные системы наблюдается увеличение ВСС с одновременным снижением ГШС фарша образцов рис. 9, 10. Полученные результаты подтверждают данные (глава 3) о наличии комплекс ооб-разования полисахарид + белок, в результате которого происходит снижение ПНС модельного фарша. Для поддержания постоянного значения ПНС фарша колбас, необходимо с введением белков молока или сои, увеличивать на 0,01% концентрацию препарата «Тоцим».
Таким образом, в результате анализа комплекса полученных данных характеризующих свойства препарата «Тоцим», можно предположить, что его применение в количестве 0,2-0,3% к массе сырья при производстве мясопродуктов позволяет улучшить их функционально-технологические свойства дает возможность повысить качество и выход готовых продуктов при одновременном улучшении органолептических и структурно-механических свойства готовых продуктов.
При проектировании мясного продукта исходили из необходимости обоснования метода использования препарата «Тоцим» в производстве вареных колбас. С этой целью рассматривались способы использования в технологическом процессе чистого препарата «Тоцим» образец № 1 и в комплексе с белками молока - образец №2; и белками сои образец №3.
Контрольный образец изготовлен в соответствии с инструкцией по производству колбаса вареная отдельная 1 сорта [ГОСТ 23760] и для сравнения с препаратом «Тоцим», образцом - каррагинана «Liangel» - Кі в количестве 0,3% к массе сырья (табл. 8).
Физико-химические и структурно-механические характеристики являются одним из основных показателей готовых мясных продуктов. Влияние препарата «Тоцим» как отдельно, так и в сочетании с молочными и соевыми белками на пищевую ценность образцов отражено в результатах анализа содержание белка, жира, золы. Таблица 9.
