Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1 Роль функциональных продуктов в питании 6
1.2. Проблема повышения биологической ценности пищи 12
1.3. Принципы создания многокомпонентных колбасных изделий.. 15
1.4. Современный подход к проблеме накопления в пище окисленных жиров 21
1.5 Способы ингибирования окислительных процессов 25
1.6 Заключение 40
Глава 2. Организация экспериментов и методы исследования 43
2.1 Организация и схема проведения экспериментов 43
2.2 Объекты исследования 44
2.3 Методы исследования 48
Глава 3. Исследование модельных колбасных систем с добавлением репчатого лука 59
Глава 4. Комплексные исследования вареных колбас, изготовленных с использованием овощных наполнителей 63
4.1 Исследование общего химического состава колбасных изделий и основных свойств готового продукта 64
4.2 Определение аминокислотного состава и переваримости «in vitro» для характеристики биологической ценности вареных колбас 67
4.3 Характеристика окислительных процессов в колбасных изделиях 70
4.4 Микробиологические показатели образцов колбас 79
4.5 Исследование микроструктурных особенностей колбасных изделий 81
4.6 Характеристика органолептических общего химического состава колбасных изделий 87
4.7 Изучение состава летучих органических соединений в вареных колбасах, содержащих овощные наполнители 90
4.8 Заключение 105
Глава 5. Разработка технологии вареных колбас с использованием овощных наполнителей 108
5.1 Рецептура и технология колбасных изделий 108
5.2 Определение выхода готовой продукции 114
5.3 Заключение 116
Выводы 119
Список литературы 121
Приложения 137
- Проблема повышения биологической ценности пищи
- Исследование модельных колбасных систем с добавлением репчатого лука
- Определение аминокислотного состава и переваримости «in vitro» для характеристики биологической ценности вареных колбас
- Изучение состава летучих органических соединений в вареных колбасах, содержащих овощные наполнители
Введение к работе
Многочисленными исследованиями последних лет, проведенными в нашей стране и за рубежом показано, что продукты питания должны являться полноценным источником разнообразных природных компонентов, обладая не только высокой питательной ценностью, но и впрямую или опосредованно благоприятно регулируя многочисленные функции организма человека.
Включение в рацион человека достаточных количеств прежде всего тех продуктов естественного происхождения, которые оказывают положительное воздействие на физиологические функции, биохимические реакции и экологию жизни человека через нормализацию его метаболизма, обосновывает теория функционального питания, созданная рядом ученых. США и Япония на современном этапе являются лидерами в организации питания, основанного на указанных принципах.
В последние годы в нашей стране уделяют все больше внимания вопросу разработки и распространения продуктов здорового питания. Учитывая, что реальный уровень существования большинства людей современного «цивилизованного» общества связан с использованием возрастающего количества рафинированной пищи, характеризующейся дефицитом пищевых волокон, витаминов и обладающих антиокислительными (антиоксидантными) свойствами пищевых компонентов, в настоящее время проводятся все более широкие исследования, посвященные проблеме создания соответствующих полноценных продуктов питания.
Многие работы отечественных и зарубежных авторов (Астанина В.Ю., Журавская Н.К., Конн Г.О., Кудряшов Л.С., Липатов Н.Н., Рогов И.А., Румянцева Г.Н., Токаев Э.С., Уголев A.M., Хоникель К.О., Высоцкий В.Г., Шендеров Б.А., Dirink P., Kohwi L.B, Korhonen Н., Potte D., Roberfroid M., Sherlock S., Voragen A.G.J., Waber F.I.) посвящены разработке рецептур и технологий новых мясных продуктов, обогащенных биологически активными растительными компонентами.
Наиболее перспективным направлением деятельности для решения данной задачи является создание функциональных продуктов, в состав которых входят пищевые волокна (ПВ) и другие элементы, отвечающие требованиям основных принципов современной теории здорового питания.
Недостаток биологически активных компонентов в продуктах питания приводит к уменьшению сопротивляемости человеческого организма воздействию окружающей среды. Для восполнения биологически активных компонентов в пище, таких как, например, витамины и пищевые волокна, существуют два пути - введение в ежедневные рационы питания человека растительной массы и разработка новых продуктов питания, обогащенных максимально нативными растительными компонентами. Общим для всех пищевых волокон является то, что они не расщепляются пищеварительными ферментами человека, однако опосредованно через стабилизацию состава среды в пищеварительном тракте (увеличение площади раздела фаз, микробиологическую, токсикологическую и т.д.) положительно воздействуют на различные функции организма.
Наряду с этим, исследователями было отмечено, что многие подобные компоненты не ухудшают органолептических характеристик мясных продуктов и, вместе с тем, придают им позитивные биологически активные свойства, характерные для данных ингредиентов. Кроме того, часто возникающая потребность в увеличении времени хранения продуктов повседневного спроса, требует разработки соответствующих этому требованию мясных продуктов. Наличие у многих натуральных растительных ингредиентов антиоксидантных свойств могло бы позволить создать с их добавлением мясные продукты, более длительное время сохраняющие высокое качество без значимого окисления жиров и проявлений бактериальной порчи при сохранении в течении более длительного периода времени функциональных свойств.
Анализ имеющихся в литературе данных показал, что овощные добавки и наполнители, в том числе включающие в свой состав компоненты, обладающие высокой биологической активностью, нашли широкое применение во многих отраслях пищевой промышленности, например, при производстве мясных консервов для детей. Однако публикаций и разработок, свидетельствующих об использовании данных веществ в мясных продуктах массового повседневного потребления — таких, как вареные колбасы, явно недостаточное количество.
В связи с этим, в настоящей работе поставлена цель обосновать и разработать технологию вареных колбасных изделий с использованием овощных добавок, корректирующих метаболизм и соответствующих фундаментальным принципам функционального питания, то есть содержащих существенные концентрации витаминов (в том числе каротинового ряда), вещества с антиоксидантными свойствами и пищевые волокна.
Проблема повышения биологической ценности пищи
Сегодня уже не только у специалистов, но и у обычных потребителей не вызывает сомнений тот факт, что здоровье человека зависит от пищи, которую он ежедневно потребляет. Уравнение «здоровье есть функция питания» является базовым для современной пищевой науки.
Одним из условий поддержания здоровья, работоспособности и долголетия человека является соблюдение трех основных принципов рационального питания, которые включают: 1) баланс энергии; 2) удовлетворение потребности организма человека в определенном количестве и соотношении пищевых веществ; 3) режим питания.
Медицинские исследования, проведенные в России в последние годы, показали, что наблюдается резкое сокращение продолжительности жизни (за последние годы - на 30%): сегодня для мужчин она составляет 57 лет, для женщин - 72 года [75, 143].
Заметно увеличилось количество «заболеваний пожилого возраста», предпосылки к которым накапливаются в течение всей жизни человека. К ним относятся сердечно-сосудистые заболевания, рак, инсульт, остеопороз, болезни нервной системы и т.д. Особое беспокойство вызывают сердечно сосудистые и онкологические заболевания. В целом же считается, что на сегодняшний день здоровыми в России можно признать не более 20% населения [107].
При этом очевидно, что во многом эти болезни зависят от состава используемых продуктов питания каждого отдельного человека. Злоупотребление некоторыми нутриентами или же их дефицит может отразиться на многих жизненно важных функциях организма и способствовать, особенно в сочетании с экологическими факторами возникновению заболеваний [110, 112].
Происходит это в результате присутствия в пищевых продуктах ингредиентов, входящих в число факторов риска. Для сердечнососудистых заболеваний такой пищевой ингредиент - холестерин, для канцерогенных - нитрозамины и полициклические углеводороды, содержащиеся в копченостях, для диабета - глюкоза и т.д. Гидролитические и окислительные изменения, происходящие в продуктах питания при хранении, приводят не только к снижению качества, но и к появлению токсических свойств [58, 101]. В значительной степени это относится к процессам окисления жиров и, прежде всего, в продуктах повседневного спроса на мясной основе, например, таких, как вареные колбасы [26, 27]
Однако в настоящее время хорошо известны и «здоровые» продукты питания. Многолетние исследования показали, что с их помощью одни болезни можно предупредить, другие отсрочить или облегчить их течение. Например, сердечно-сосудистым заболеваниям противостоят витамины С и Е - обладающие также антиоксидантной активностью, каротиноиды, флавоноиды, а также некоторые микроэлементы и пищевые волокна [23].
Концепция функционального питания интенсивно развивается, и большую популярность в различных странах приобрели функциональные продукты, например, в Японии и в США. Подобные продукты питания содержат ингредиенты, способствующие повышению сопротивляемости организма заболеваниям, активизирующие многие физиологические процессы в организме человека, позволяя ему долгое время сохранять активный образ жизни. Эти продукты предназначены для широкого круга потребителей, имеют вид обычной пищи и могут и должны потребляться регулярно в составе нормального рациона питания. Принято определять три основных качества функциональных продуктов: пищевая ценность; вкусовые качества; физиологическое воздействие.
По сравнению с обычными продуктами функциональные продукты должны быть полезными для здоровья и не причинять организму человека абсолютно никакого вреда. Важно отметить, что эти требования относятся к продукту в целом, а не только к отдельным его ингредиентам [112].
Продукты здорового питания не являются лекарственными и не могут излечивать, но помогают предупредить болезни и старение организма. Концепция позитивного питания включает разработку теоретических основ, производства, реализации и потребления функциональных продуктов.
Витамины-антиоксиданты, к которым относятся витамины С, Е, Р, РР и провитамин А бета-каротин, являясь функциональными ингредиентами, играют особо важную роль в позитивном питании. Эти витамины, а также витамины группы В участвуют в регуляции процессов метаболизма, укрепляют иммунную систему организма, помогают предупредить такие заболевания, как цинга и бери-бери. Функциональные свойства антиоксидантов и витаминов показаны на таблице 1.2.
Витамины указанной группы замедляют процессы окисления жирных ненасыщенных кислот, входящих в состав липидов, и разрушают уже образовавшиеся перекиси.
Таким образом, выше перечисленные биологически активные вещества защищают организм человека от свободных радикалов, проявляя антиканцерогенное действие, а также блокируют активные перекисные радикалы, замедляя процесс старения. Одно из важных свойств антиоксидантов - способность к синергизму, заключающаяся в том, что при смешивании нескольких веществ с данными свойствами их антиокислительная способность увеличивается в несколько раз.
Мировые тенденции в области питания связаны с созданием максимально широкого ассортимента функциональных продуктов, как способствующих при ежедневном потреблении улучшению здоровья населения. Данная идея получила официальное признание в России, что привело к появлению соответствующей концепции государственной политики в этой сфере [100, 106].
Мясо и мясные продукты содержат в значительных количествах многие компоненты, необходимые организму человека для полноценной жизнедеятельности, в том числе все незаменимые аминокислоты. В нем также отмечается высокое содержание железа, хорошо усвояемого организмом, и витаминов группы В, участвующих в регуляции углеводного обмена, а также нормализующих работу сердечно-сосудистой и нервной систем.
Однако в состав основной массы широко используемых на отечественном потребительском рынке мясных продуктов не входят некоторые необходимые вещества, являющиеся необходимыми в соответствии с принципами функционального питания для удовлетворения потребностей организма человека. Поэтому, для максимального обеспечения нормального протекания обменных процессов в организме человека и повышения усвояемости мясной пищи, необходимо создавать комбинированные изделия на мясной основе с добавлением различных видов растительного сырья. Введение в рецептуру мясных продуктов дополнительных растительных компонентов не только обогащает пишу белками, витаминами и минеральными веществами, но и значительно снижает их калорийность [44].
Кроме того, растительные компоненты содержат значительные количества эфирных масел, которые ингибируют деструкцию высоко ненасыщенных жирных кислот и жирорастворимых витаминов (в том числе в вареных колбасных изделиях) и этим пролонгируют их положительное воздействие на организм человека [102, 104].
Исследование модельных колбасных систем с добавлением репчатого лука
Для определения дозировки репчатого лука в рецептурах вареных колбас на основании литературных данных были первоначально выбраны количества овощной добавки в 2,5%, 5,0% и 7,0%. Данное количество репчатого лука вводили в мясную систему взамен такого же количества основного сырья. При этом на выработанных изделиях изучали следующие показатели качества: структурно-механические свойства, ВСС и процессы окисления компонентов липидной фракции колбасного фарша -тиобарбитуровое и пероксидное числа.
После выработки колбас с добавлением репчатого лука значения пероксидного числа в продуктах с различным содержанием овощной добавки близки (см. таблицу 3.1). В то же время величина ТБЧ при увеличении введения в рецептуру лука несколько возрастает, что, по-видимому, связано с высоким содержанием в нем ненасыщенных жирных кислот, образующих при окислении продукты, сходные с вторичными продуктами окисления жиров мясных систем.
Через 7 суток хранения при определении первичных продуктов окисления жиров значение пероксидного числа (ПЧ) в образцах модельных систем с большим содержанием лука изменяются в меньшей степени по сравнению с образцами, содержащими ограниченное количество этой овощной добавки. В то же время при анализе тиобарбитуровые (ТБЧ) числа, характеризующие вторичные продукты окисления жира, в системах с 2,5% и 5% лука практически не различались, а введение 7% репчатого лука существенно тормозило процессы окисления животных жиров.
По прошествии 12 дней со дня выработки модельных фаршевых систем с овощной добавкой наблюдаются изменения ПЧ и ТБЧ указывающие на заметное торможение окисления жиров и, соответственно, на активное влияние на этот процесс компонентов овощной добавки. Это указывает на наличие в репчатом луке антиоксидантных химических компонентов, что согласуется с имеющимися в научной литературе сведениями. Наиболее сильно это торможение окисления проявляется при введении в систему 7% лука. Использование в рецептуре овощной добавки в количестве 5% от общей массы сырья сказывается на окислительных процессах в несколько меньшей степени, но данное воздействие со стабилизирующим качественные характеристики системы в процессе хранения выражено отчетливо.
Значения напряжения среза при увеличении содержания в модельных мясных системах овощей имеют тенденцию к снижению, но достоверное отличие отмечено только между системами с 2,5% и 7% лука. Также отмечено уменьшение работы резания, однако различия между структурно механическими свойствами систем с различным содержанием в фарше овощных добавок (лука репчатого) небольшие. Отличия влагосвязывающей способности незначительные.
Органолептическая оценка модельных систем указывает на нецелесообразность использования репчатого лука в модельных фаршевых системах в количествах, превышающих 5% от общей массы используемого сырья.
Таким образом, на основании полученных данных по изменениям структурно-механических свойств (работа резания и напряжение среза), влагосвязывающей способности и интенсивности окисления животных жиров (перекисное и тиобарбитуровое числа) модельных фаршевых систем в зависимости от дозировки вводимого измельченного репчатого лука установлено следующее. В концентрации 2,5% антиокислительные свойства биологически активных компонентов репчатого лука в качестве функциональной добавки в мясные системы проявляются в недостаточной степени. Различия же физико-химических и структурно-механических показателей качества носят скорее характер тенденции к изменению и не имеют принципиальных размеров.
В свою очередь, увеличение содержания в модельной системе репчатого лука до 7,0% нецелесообразно из-за общего ухудшения органолептических показателей, таких как аромат, вкус, и т.д. вследствие наличия в луке специфических химических ингредиентов.
На основании проведённых выше результатов и данных органолептической оценки наиболее целесообразной концентрацией лука является 5% к массе сырья. В данной концентрации лук проявляет свои антиоксидантные свойства при незначительном изменении ВСС и структурно-механических свойств модельной фаршевой массы. В связи с этим, в дальнейших исследованиях и при опытно-промышленной выработке колбас с добавлением биологически активных овощных компонентов будет использовано введение репчатого лука в количестве 5,0%.
Определение аминокислотного состава и переваримости «in vitro» для характеристики биологической ценности вареных колбас
Результаты изучения аминокислотного состава (табл.4.3), свидетельствуют, что введение в фарш овощных наполнителей несколько снижает количество некоторых незаменимых аминокислот в колбасных изделиях. Содержание заменимых аминокислот всех образцов колбас находится примерно на одном уровне. Вместе с тем, отмечается увеличение содержания аспарагиновои и глутаминовои кислот в опытных образцах с овощными компонентами, что способствует улучшению вкусо-ароматических характеристик вареных колбас.
Важным показателем, определяющим биологическую ценность колбасных изделий, является глубина и скорость переваримости белков в желудочно-кишечном тракте под действием пищеварительных ферментов. При этом результаты определения переваримости белков( табл.4.4), протеиназами in vitro позволяют прогнозировать степень утилизации белков организмом человека.
Как свидетельствуют экспериментальные данные (табл. 4.4), количество накапливающихся при гидролизе белков низкомолекулярных продуктов зависит от рецептуры продукта. При испытании опытных образцов колбас, содержащих овощные наполнители, в течение 6 часов гидролиза накапливается 19,6 (с луком - опыт 1), 19,3 (с морковью - опыт 2), 20,1 (с морковью и луком - опыт 3) мг тир/г белка, что для колбасы с добавлением и лука и моркови на 1,0 мг тир/г белка выше уровня, зафиксированного для контрольных образцов.
Результаты экспериментов дают основание утверждать, что использование при изготовлении вареных колбас овощных наполнителей на основе лука и моркови, раздельно или совместно улучшает их перевариваемость по сравнению с контрольными образцами.
Одним из существенных показателей, определяющих органолептические и пищевые свойства мясных изделий, является степень окислительных явлений в составляющих продукт нутриентах. И в первую очередь это относится к жирам, составляющим существенную часть любых мясных продуктов [1,9,16,64,137].
Процесс окисления липидов, кинетика образования, распада и накопления продуктов окисления зависят от общего состава ингредиентов продукта, от химического состава входящих в них липидов, наличия ускоряющих и тормозящих окисление веществ. Вследствие того, что процессы окисления преимущественно проходят с участием молекулярного кислорода, их интенсивность в значительной степени определяется присутствием в мясном продукте компонентов с антиокислительной активностью.
Исходя из данных, имеющихся в научной литературе и в соответствии с поставленной целью и конкретными задачами, для изучения были выбраны обладающие высокой биологической активностью овощи - лук репчатый и морковь. В соответствии с имеющимися сведениями, в этих компонентах содержится существенное количество пищевых волокон и веществ с антиокислительными свойствами [132, 135].
Принимая во внимание состав и свойства использованных биологически активных овощных наполнителей - лука и моркови и их антиоксидантную активность, представляют интерес исследования стабильности жировой фракции колбасных изделий. Для оценки процессов окисления были выбраны наиболее широко используемые в практике оценки качества мясных продуктов методы анализа процессов окисления на уровне, как первичных продуктов окисления, так и вторичных продуктов взаимодействия липидов с кислородом - пероксидное и тиобарбитуровое числа [31, 45, 100]. Анализ по этим показателям проводили через сутки после выработки колбас, а также на 7 и 12 сутки хранения продуктов. Все экспериментальные данные были обработаны в соответствии с требованиями математической статистики. Результаты опытов, приведенные в табл. 4.5, показывают снижение темпов интенсивности окисления жировой фракции опытных колбасных изделий по сравнению с контрольными образцами продуктов.
Изучение состава летучих органических соединений в вареных колбасах, содержащих овощные наполнители
Одним из важных показателей антиоксидантной активности компонентов растительного и животного происхождения в готовых мясных продуктах является состав в них летучих компонентов [67]. В соответствии с этим были изучены эфирные экстракты из контрольных и опытных колбасных фаршей, используя методы газожидкостной хроматографии.
На приведенных рисунках (см. приложение) отображены хроматограммы летучих веществ, выделенных из проанализированных образцов чисто мясной (контроль) и обогащенных овощными биологически активными добавками вареных колбас.
В таблицах (4.12 - 4.15) указаны численные значения содержания в образцах найденных летучих соединений. Все указанные химические соединения ранее обнаруживались в различных мясных продуктах.
Добавление к колбасному фаршу лука и моркови (опыт 3) привело к появлению в нем следующих летучих соединений в колбасном фарше: 2,3-пентадиона, 2-метилбутанол, пентанола, диметилсульфида, ацетилфурана, 2,4-гептадиеналя, селинена, кардинена и ряда не идентифицируемых веществ. Одновременно из фаршевой среды исчезли следующие соединения: пентилфуран, 2-фенилэтиловый спирт, секвифеландрен и два не идентифицированных минорных вещества.
В изученных образцах опытных вареных колбас в качестве основных компонентов обнаруживаются летучие соединения цинеол и эвгенол, содержавшиеся в пряно-ароматических растениях, вводимых в состав фарша. Низшие карбонильные соединения и спирты (ИУ 560-715) являются продуктами расщепления аминокислот и называются Штреккеровскими альдегидами. Содержание этих альдегидов выше в вареных колбасах с добавлением лука репчатого.
В колбасах с добавлением растительных овощных ингредиентов помимо аминокислот присутствуют и углеводы (сахара), поэтому в их присутствии образование летучих веществ в мясных продуктах проходит с более высокой интенсивностью и, следовательно, концентрация выявляемых методами хроматографии летучих веществ повышается. Этот эффект наблюдается во всех изученных образцах опытных колбас (1, 2 и 3).
В опытных образцах присутствуют серосодержащие моно, ди-, три- и тетрасульфиды с метальным, пропильным и пропенильным заместителями в значительно больших количествах, чем в контрольных, что оказывает существенное влияние на органолептические характеристики продуктов, модифицируя мясной аромат. С помощью газохроматографичекого исследования летучих веществ было установлен факт снижения содержания всех альдегидов в опытных образцах по сравнению с контрольными, это доказывает, что степень окислительных процессов в объектах, содержащих овощные наполнители менее выражена.
Антиоксидантные свойства, отчетливо выраженные в использованных в работе овощных наполнителях (лук и морковь) приводят к уменьшению содержания продуктов окисления ненасыщенных жирных кислот, представляющих собой насыщенные и ненасыщенные спирты и альдегиды. Следует отметить, что основными индикаторными соединениями, указывающими на интенсивность окислительных процессов в компонентах колбасного фарша, являются 2-деценаль и 2,4 декадиеналь, хотя свой вклад в эти процессы вносят и другие компоненты.
Концентрация данных веществ больше в контрольном образце, меньше в образцах с луком. Самое низкое содержание легко летучих продуктов окисления выявлено в опытной колбасе с добавлением комплекса овощных добавок, состоящего из лука репчатого и моркови.
Данные определения состава летучих компонентов в контрольных и опытных вареных колбасах свидетельствуют о наиболее высокой антиоксидантной активности овощной добавки, содержащей лук совместно с морковью. Антиоксидантная активность овощного наполнителя, на основе лука также проявляется, но ее интенсивность менее значительна.
Полученные данные об антиокислительном эффекте компонентов лука и моркови подтверждаются результатами определения пероксидных и тиобарбитуровых чисел в процессе хранения вареных колбас.
