Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Пищевые добавки - регуляторы структуры пищевых продуктов 6
1.1. Пищевые добавки и их роль в обеспечении качества и безопасности пищевых продуктов 6
1.2 Гидроколлоиды, их свойства и использование в пищевых системах 9
1.3 Камеди, их строение и свойства 12
1.4 Свойства эмульгаторов и их использование в производстве продуктов питания 25
1.4.1 Характеристика эмульгаторов и их свойства 26
1.4.2 Взаимодействие эмульгаторов с белками 34
1.4.3 Взаимодействие эмульгаторов, гидроколлоидов и белков в составе эмульсий «масло в воде» 38
Глава 2. Схема постановки эксперимента. Объекты и методы исследований 45
2.1 Объекты исследований 45
2.2 Методы исследований 45
Глава 3. Изучение свойств гидроколлоидов и эмульгаторов 61
3.1 Изучение функциональных свойств гидроколлоидов и их смесей 61
3.1.2 Изучение вязкостных характеристик камедей 61
3.1.3 Математический анализ структурно-вязкостных свойств 1%-ных растворов камедей и их смесей 70
3.1.4 Изучение влияния смесей камедей на качество модельного мясного продукта 79
3.2 Изучение свойств эмульгаторов 87
3.2.1 Изучение функциональных свойств сложных эфиров сахарозы и жирных кислот 88
3.2.2 Изучение влияния эмульгаторов на качество модельного мясного продукта 91
3.3 Анализ влияния комплекса из смеси камедей и эмульгатора на качество модельного мясного продукта 99
Глава 4. Разработка технологии белково-жировой эмульсии и вареных колбасных изделий с ее использованием 105
4.1 Изучение влияния белково-жировой эмульсии на свойства вареных колбасных изделий 105
4.2 Расчет технико-экономических показателей использования белково-жировой эмульсии в производстве вареных колбас высшего сорта 117
Выводы 119
Список использованной литературы 121
Приложения 132
- Гидроколлоиды, их свойства и использование в пищевых системах
- Математический анализ структурно-вязкостных свойств 1%-ных растворов камедей и их смесей
- Изучение функциональных свойств сложных эфиров сахарозы и жирных кислот
- Расчет технико-экономических показателей использования белково-жировой эмульсии в производстве вареных колбас высшего сорта
Введение к работе
В настоящее время с учетом уменьшения ресурсов мясного сырья большое значение придается поиску путей его экономии и рационального использования. Большинство мясоперерабатывающих предприятий испытывают трудности, связанные не только с нехваткой сырья, но и со стабильностью его качества, особенно в процессе хранения. Зачастую в промышленное производство поступает сырье нестандартного качества (например, замороженное мясо длительного срока хранения, с повышенным содержанием жировой и соединительной ткани, мясо с признаками PSE и DFD). В таких условиях производители вынуждены не только постоянно поддерживать качество выпускаемой продукции, но и обеспечивать снижение ее себестоимости.
Эффективное использование мясного сырья в производстве колбасных изделий предполагает постоянное совершенствование и оптимизацию технологических процессов его получения, подготовки и промышленной переработки. Особенно актуальной в этой связи является проблема переработки различных видов жирового и жиросодержащего сырья, которое в основном используется в производстве вареных колбасных изделий. Один из инструментов управления качеством и рентабельностью в производстве вареных колбасных изделий заключается в использовании белково-жировых эмульсий. Их применение способствует снижению расхода самого дорогостоящего сырья - мяса, что имеет определенное социальное значение.
Приготовление белково-жировых эмульсий требует соблюдения всех параметров, обеспечивающих стабильность эмульсии жира с водой на стадии ее получения, а также при дальнейшем использовании применения в промышленном производстве. Современные тенденции развития технологии реструктурированных колбасных изделий позволяют применять принципы математического моделирования для разработки состава и соотношения сырья в фаршевых эмульсиях.
Для определения рецептуры и температурно-временных параметров приготовления белково-жировых эмульсий необходимо учитывать качество и вид жирового сырья, а также функциональные свойства всех ингредиентов: белковых
препаратов растительного или животного происхождения, эмульгаторов и загустителей.
При усовершенствовании технологии белково-жировых эмульсий необходимо использовать комплексы пищевых ингредиентов, которые одновременно будут способствовать улучшению эмульгирования жира с водой и эффективно стабилизировать полученную эмульсию. Возможность снижения температурного порога эмульгирования животных жиров является необходимым условием для создания современных технологий производства мясных продуктов, как фаршевых, так и цельмышечных. Поэтому, изучение характера взаимодействий камедей и эмульгаторов в составе белково-жировой эмульсии, а также определение предела их введения, является актуальным.
Гидроколлоиды, их свойства и использование в пищевых системах
Гидроколлоиды - обширная группа пищевых ингредиентов, выделенная в 1978 г. в самостоятельную категорию на основании общности свойств, проявляемых ими в пищевых системах. В эту группу входят соединения, добавляемые в жидкие или твердые продукты питания в процессе их изготовления с целью придания желаемой вязкости или консистенции, а также с целью стабилизации пищевых дисперсных систем (эмульсий, суспензий и др.) [2].
Гидроколлоиды принадлежат к группе полисахаридов (далее гидроколлоиды или полисахариды) и представляют собой высокомолекулярные углеводы - продукты поликонденсации моносахаридов (глюкозы и ее производных), связанных друг с другом гликозидными связями и образующих как линейные так и разветвленные полимерные цепи. Они могут быть растительного (наземные и морские растения) или микробного происхождения.
Особенностью большинства гидроколлоидов является способность их при растворении в воде образовывать высоковязкие растворы, характерные для загущенных систем. Следует отметить, что введение в мясные системы или пищевые эмульсии полисахаридов приводит к образованию пластичной структуры эмульсионных систем и пищевых продуктов [4,101].
К гидроколлоидам, имеющим статус пищевых добавок, относятся вещества трех функциональных классов - загустители, гелеобразователи и стабилизаторы, проявляющие в отдельных случаях смежную функцию эмульгатора. Однако, в отличие от большинства других групп пищевых добавок, роль гидроколлоидов в пищевых системах не сводится только к выпонению упомянутых технологических функций. Многие гидроколлоиды - физиологически функциональные (полезные для здоровья) ингредиенты, понижающие уровень холестерина в крови, способствующие нормальному функционированию кишечника, проявляющие пребиотический эффект или другие позитивные для здоровья человека свойства. Кроме того, благодаря свойствам гидроколлоидов, стало возможным создание низкокалорийных продуктов, сохраняющих органолептические характеристики традиционных аналогов [5].
В последние годы в пищевой промышленности эти ингредиенты становятся все более популярными. Несмотря на то, что содержание гидроколлоидов в продуктах обычно не более 1 %, они оказывают сильное влияние на реологические (текстура) и органолептические свойства пищевых продуктов [6].
Одно из основных условий эффективности применения гидроколлоидов в конкретной пищевой системе - их полное растворение, зависящее от химической природы [7] и от структурных особенностей молекул (длина цепи, степень разветвления, природа мономерных звеньев и функциональных групп, расположение в молекуле, наличие гликозидных связей) [81].
При контакте водорастворимых полисахаридов с водой ее молекулы сначала проникают в наименее организованные участки цепи макромолекул. Такая начальная гидратация ослабляет связи в оставшихся звеньях и способствует дальнейшему проникновению воды и сольватации наиболее организованных участков цепи. Этот процесс проходит через переходную стадию гелеобразования, когда частицы набухают и увеличиваются в объеме благодаря силам когезии между макромолекулами [83,84].
Если межмолекулярные связи слабы, они могут быть достаточно легко разрушены при механическом воздействии или нагревании. При этом полисахарид полностью растворяется. Но, если связи между определенными сегментами макромолекул не разрушаются при механическом или тепловом воздействии, то данное соединение сохраняется в виде набухших частиц.
Растворимость повышается при наличии в молекулах полисахаридов (например, ксантаны) боковых цепей, раздвигающих главные цепи, что улучшает гидратацию. Она понижается в присутствии факторов, способствующих образованию связей между полисахаридными (камедь рожкового дерева) цепями: наличие неразветвленных зон и участков без ионизированных групп [1].
Многие гидроколлоиды при определенных условиях способны образовывать гели. По химической природе - это кислые полисахариды, содержащие в своей структуре остатки серной кислоты [89]. Гели проявляют специфические свойства, к которым относят синерезис и тиксотропию [8].
Гели представляют собой связнодисперсные системы, имеющие сплошную пространственную сетку во всем своем объеме, с ячейками, заполнены-ми жидкостью [86]. В пищевых системах дисперсионная среда это обычно вода, и гель носит название гидрогеля. Дисперсной фазой является гелеобразо-ватель, полимерные цепи которого, образуют поперечно сшитую сетку. Следствием этого является изменение консистенции пищевого продукта.
Начало гелеобразования сопровождается замедлением броуновского движения частиц дисперсной фазы, возрастанием вязкости, их гидратацией и об-разованием полимерной сетки. Способность полимеров образовывать гели зависит от длины и числа линейно ориентированных участков их молекул, а также наличия боковых цепей, создающих стерические затруднения при межмолекулярном взаимодействии. Для протекания процесса поперечной сшивки необходимо наличие активных или активированных групп (-ОН, -СООН) в определённых положениях [86].
Каркас структурированной системы строится самопроизвольно или под воздействием внешних факторов как за счет молекулярных (Ван-дер-Вааль-совых), так и за счет химических сил (при наличии полярных групп) путем взаимодействия друг с другом частиц коллоидного размера и формирования в дисперсионной среде хаотических пространственных сеток [5].
Математический анализ структурно-вязкостных свойств 1%-ных растворов камедей и их смесей
Для математического анализа результатов структурно-вязкостных характеристик камедей и их смесей использовали метод аппроксимирования показателей через тригонометрическую функцию. Коэффициенты для построения тригонометрической аппроксимированной функции описывающие изменение функциональных свойств 1%-ных растворов камедей приведены в таблице 7.
С использованием указанной функции проводили математическую обработку результатов исследований, при которой аппроксимированные значения определяемого показателя (вязкость, плотность, липкость) получали по графику, где, по оси абсцисс откладывается время проведения измерений, по оси ординат значение полученного параметра (вязкость, плотность, липкость).
Полученные данные позволили определить динамику изменений структурно-вязкостных свойств каждого из растворов камедей. Графики изменения этих свойств, полученные экспериментальным и расчетным путем для анализа структурно-вязкостных свойств.
Представленные на рисунках данные коррелируют между собой: Ряд 1 показывает изменение значений параметров, полученных экспериментальным путем; Ряд 2 описывает изменение параметров, аппроксимированных через уравнение функции. Для математического анализа результатов структурно-вязкостных характеристик смесей камедей также использовали аппроксимирование показателей через тригонометрическую функцию.
Уравнение функции для анализа изменений показателей динамической вязкости 1%-ных растворов смесей камедей: № 1 (ксантановой, гуаровой и камеди рожкового дерева в соотношении 1:1:1); № 4 (смесь ксантановой, гуаровой и камеди рожкового дерева, взятых в соотношении 5:4:1); № 8 (смесь гуаровой, ксантановой и конжаковой камеди в соотношении 1:1:1); вариант № 16 (смесь гуаровой, ксантановой и конжаковой камеди в соотношении 1,5:1:2,5), имеет следующий вид:
Ниже приведены значения коэффициентов для построения тригонометрической функции, описывающей изменение динамической вязкости 1%-ных водных растворов из смесей камедей № 1, № 4, № 8, № 16 (табл. 8).
Изучение функциональных свойств сложных эфиров сахарозы и жирных кислот
Современное производство вареных колбасных изделий ориентировано на использование в качестве пищевых ингредиентов (или вспомогательных материалов) функциональных препаратов, обладающих спектром технологически свойств, необходимых для выпуска высококачественных мясных изделий.
После установления перспективных рецептур смесей камедей были проведены исследования по изучению их влияния на изменение структурно-механических и физико-химических показателей модельных колбасных изделий. В качестве модельной была выбрана колбаса вареная высшего сорта Добрынинская (ТУ 9213-035-52924334-08 «Изделия колбасные вареные»).
Выбор рецептуры модельного мясного продукта представляется правильным для оценки влияния влагоудерживающих ингредиентов на структуру продукта при дополнительном введении воды, так как контрольная рецептура сбалансирована по соотношению влаги, жира, белка. Кроме того, рецептура соответствующей вареной колбасе высшего сорта является традиционной для производителей колбасных изделий на территории нашей страны. Поэтому, по совокупности указанных факторов, сохранение стабильности структуры продукта, выхода и рентабельности является целесообразным и может быть обеспечено в результате использования предлагаемых смесей камедей.
Для проведения сравнительного анализа влияния технологических свойств различных смесей камедей на качественные показатели колбасного фарша и вареной колбасы из него, в опытные варианты колбасы вводили выбранные композиции камедей (варианты № 1, 4, 8, 16) в количестве 300 г из расчета на 100 кг основного сырья (табл. 10). Вариант № 1 соответствует опыту № 1, вариант № 4 соответствует опыту № 2, вариант № 8 соответствует опыту № 3, вариант № 16 соответствует опыту № 4.
Смеси камедей, состав которых указан в таблице 6, вводили после диспергирования в мясной массе комплексной добавки, предусмотренной технологической инструкцией на начальном этапе приготовления фарша - при куттеровании говядины. Затем в мясную массу добавляли водо-ледяную смесь - 70 % от общего количества воды в рецептуре (30 % льда и 40 % воды) для обеспечения оптимального связывания водной фазы с нежирным мясным сырьем и влагоудерживаю-щими ингредиентами, в том числе смесью камедей. Общая продолжительность обработки фарша на указанной стадии составляла 5-7 мин. Оставшуюся часть воды вводили непосредственно перед добавлением полужирной свинины с целью поддержания необходимой температуры колбасного фарша в течение всего процесса приготовления (не выше 12 С).
Контрольный образец колбасы вырабатывали по указанной выше рецептуре. Рецептуры опытных образцов содержали, помимо предусмотренных технологической инструкцией сырья и материалов, выбранные смеси камедей и увеличенное количество воды - на 7 л из расчета на 100 основного сырья, по отношению к общему количеству воды в рецептуре мясного продукта. Это увеличение соответствует расчетной гидратации исследуемых смесей камедей согласно результатам предварительных исследований. В соответствии с этими результатами на 300 г смеси камедей при выработке вареной колбасы высшего сорта вводят дополнительно 5 - 7 л воды из расчета на 100 кг основного сырья по рецептуре. Указанное соотношение обеспечивает увеличение выхода колбасы на 3 - 5 %, по отношению к продукту, не содержащему камеди без ухудшения его органолептических и физико-химических показателей за счет высокого влагоудерживающего эффекта используемых смесей камедей и их синергетического взаимодействия в мясной эмульсии.
Далее проводили изучение свойств фаршей и готовых колбасных изделий. Полученные в ходе исследований результаты позволили оценить различия свойств опытных образцов колбасы от контрольного.
Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 17 и в таблицах № 11-12 соответственно.
Величина рН опытных образцов колбасных фаршей не имели значительных отклонений от контрольного (максимальное отклонение составило 0,07). Значения рН для контрольного образца фарша - 6,18+0,01, опытный вариант №1 -6,20+0,02, опытный вариант №2 - 6,25+0,02, опытный вариант № 3 - 6,23+0,01, опытный вариант № 4 - 6,25+0,01.
Определение рН колбасных фаршей свидетельствует, что введение в рецептуру продукта смесей камедей не оказывает значительного влияния на этот показатель - максимальное отклонение значения рН опытных образцов от контрольного составляет 1,13 % . Это обусловлено низкой концентрацией смесей камедей в составе колбасного фарша и величиной рН самих камедей: 6,2-6,8 -для камеди рожкового дерева, 6,7-7,2 - для ксантановой камеди, 6,5 - 7,5 - для гуаровой камеди, 5,8 - 6,8 - для конжаковой камеди.
Введение смесей камедей и, соответственно, дополнительного количества воды способствует снижению величины предельного напряжения сдвига (рис. 17) у опытных образцов колбасного фарша. Их значения позволяют расположить образцы фаршей по убывающей в следующем порядке: №4, №1, №2, №3.
Расчет технико-экономических показателей использования белково-жировой эмульсии в производстве вареных колбас высшего сорта
Расчет технико-экономических показателей использования белково-жировой эмульсии в производстве вареных колбас проведен на примере вареной колбасы высшего сорта Добрынинской, вырабатываемой с заменой свинины полужирной на белково-жировую эмульсию в количестве 10 % к массе сырья по рецептуре и без нее. Технико-экономические показатели рассчитаны на 1 тонну готовой продукции с учетом цен на основное сырье и вспомогательные материалы в 2009 г. Экономическая эффективность использования белково-жировой эмульсии на 1 тонну вареной колбасы высшего сорта составляет: Э = 186350,0 руб. - 177550,0 руб. = 8800,0 рублей. 1. Комплексные исследования функциональных свойств камедей в составе модельных систем (водные растворы 1%-ной концентрации) с использованием математической модели позволили научно обосновать синергизм их взаимодей ствия и смоделировать состав смесей камедей, эффективно влияющих на струк туру вареных колбас при увеличении количества воды в рецептуре. Установлено, что структурно-вязкостные свойства 1 %-ных растворов камедей коррелируют со структурно-механическими свойствами вареных колбас в результате формирования камедями взаимодействующих пространственных структур, стабилизирующих мясную эмульсию. 2. Определены синергетически взаимодействующие виды камедей в составе фаршевых эмульсий для вареных колбас и обоснованы их эффективные соотно шения для смеси гуаровой, ксантановой и камеди рожкового дерева - 5:4:1; для смеси гуаровой, ксантановой и конжаковой камеди - 1,5:1:2,5. 3. Определены условия получения термодинамически устойчивых водно-жировых эмульсий из свиного топленого жира с использованием пальмитата сахарозы в зависимости от его состава и показателя ГЛБ. Пальмитат сахарозы (ГЛБ - 15) может быть использован для получения стабильных водно-жировых эмульсий при дозировке 0,01-0,08 % к массе эмульсии при соотношении жир:вода = 50-40 : 50-60, соответственно. 4. Экспериментально подтверждено, что комбинирование ксантановой, гуаровой и камеди рожкового дерева (в соотношении 5:4:1) с пальмитатом сахарозы, при общей дозировке 0,31 кг обеспечивает высокий влагоудерживающий и эмульгирующий эффекты в составе фаршевой эмульсии, способствует связыванию дополнительного количества воды и формированию консистенции продукта, характерной для вареных колбас высшего сорта. 5. Научно обоснованы технология и рецептура белково-жировой эмульсии, используемой в производстве вареных колбасных изделий. Подтверждена целесообразность введения в состав белково-жировой эмульсии из свиного шпика и концентрата молочного белка комплексной добавки с эмульгирующим эффектом, состоящей из смеси ксантановои, гуаровои и камеди рожкового дерева в сочетании с пальмитатом сахарозы, при общей их дозировке 1 кг на 20 кг воды и 20 кг жира. Предложенная композиция способствует получению устойчивой к тепловому и механическому воздействию белково-жировой эмульсии, приготовленной «холодным способом» при температуре 15+2С. 6. Установлена целесообразная степень замены мясного сырья в рецептурах вареных колбасных изделий (10-15 %) взамен основного сырья по рецептуре), не влияющая на основные качественные показатели выпускаемой продукции.
