Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Литературный обзор 8
1.1 Современные концепции питания: совершенствование подходов к созданию продуктов функционального питания 7
1.2 Характеристика сырьевых ресурсов птицеперерабатывающей отрасли как источник для продуктов функционального питания 38
1.3 Основные подходы к применению ферментных препаратов в технологии птицеперерабатывающей отрасли для получения белковых гидролизатов 50
Глава 2 Объекты, материалы и методы исследований 58
2.1 Объекты и материалы исследований 58
2.2 Схема экспериментальных исследований 62
2.3 Методы исследований 64
2.4 Математическое планирование и статистическая обработка результатов эксперимента 74
Глава 3 Комплексное исследование состава, структуры, свойств и пищевой ценности продуктов переработки цыплят-бройлеров 76
3.1 Оценка общего химического состава, фракционного и аминокислотного состава белков сырья 77
3.2 Гистоморфологическая характеристика мышечной ткани цыплят-бройлеров 81
3.3 Функционально-технологические свойства сырья 87
3.4 Оценка пищевой и биологической ценности сырья 91
3.5 Разработка сырьевых основ для производства функциональных продуктов на базе компьютерного проектирования 99
Глава 4 Применение биотехнологических методов обработки сырья птицеперерабатывающей отрасли 113
4.1 Специфика ферментативного гидролиза белковых фракций белого и красного мяса цыплят-бройлеров 114
4.2 Разработка биомодифицированной основы из голов и ног птицы 130
Глава 5 Разработка частных технологий получения продуктов функционального питания 140
5.1 Разработка рецептур и реализация технологии паштетов мясных для функционального питания 140
5.2 Получение, исследование свойств и применение белковой пищевой добавки из голов и ног птицы 155
Выводы 160
Список использованных источников 161
Приложения 181
- Характеристика сырьевых ресурсов птицеперерабатывающей отрасли как источник для продуктов функционального питания
- Гистоморфологическая характеристика мышечной ткани цыплят-бройлеров
- Специфика ферментативного гидролиза белковых фракций белого и красного мяса цыплят-бройлеров
- Получение, исследование свойств и применение белковой пищевой добавки из голов и ног птицы
Введение к работе
Актуальность работы. Ухудшение экологической ситуации во многих регионах России, в частности связанной с многочисленными выбросами вредных веществ промышленных предприятий химической и мегагшургическои индустрии и других техногенных последствий, повсеместные нарушения структуры питания делают важной и актуальной проблему разработки продуктов направленного физиологического действия, обогащенных природными пищевыми компонентами (незаменимыми аминокислотами, витаминами антиоксидатного ряда, минеральными веществами, пищевыми волокнами, полиненасыщенными жирными кислотами). Эти вещества повышают неспецифическую резистентность организма к действию неблагоприятных факторов окружающей среды, предотвращают развитие ряда хронических заболеваний, в том числе связанных с алиментарным фактором.
Разработка новых подходов и решений в области создания продуктов функционального назначения выражается в существенном пересмотре ассортимента, рецептур и технологий производства продуктов массового потребления, кардинальном пересмотре устоявшихся представлений о критериях их качества, пищевой и биологической ценности, поскольку профилактическое питание - постоянно действующий фактор.
С научно-практической точки зрения развитие этого направления весьма целесообразно при производстве мясных продуктов с привлечением всех имеющихся пищевых ресурсов перерабатывающих отраслей АПК.
На протяжении последних лет практически во всех развитых странах мира усилился интерес к производству продукции птицеводческой отрасли, так как именно ей принадлежит значительная роль в обеспечении населения высококачественными продуктами питания. Ежегодные темпы прироста данного производства составляют 4-5 %. Причем наибольший удельный вес (свыше 75 %) занимает производство цыплят-бройлеров. Эта тенденция обусловлена ориентированностью населения многих стран на «здоровую» низкокалорийную пищу и связана с экономической целесообразностью.
Цель работы - разработка технологий производства продуктов функционального питания на основе сырья птицеперерабатывающей отрасли с применением методов инженерной этимологии.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
обоснование целесообразности разработки технологий, определение основных критериев выбора сырья и ингредиентов для производства функциональных продуктов;
исследование общего химического состава, особенностей микроструктуры, функционально-технологических свойств, биологической и пищевой ценности сырья птицеперерабатывающей отрасли;
обоснование условий и выбор ферментных препаратов для биомодификации сырья и получения пищевых гидролизатов;
исследование динамики ферментативного гидролиза мышечной ткани, изменений свойств сырья в процессе биомодификации; ^-------------~*,П
изучение условий и обоснование режимов получения белковых пищевых добавок из вторичных продуктов переработки птицы для балансирования пищевых рационов профилактического назначения;
применение методов математического моделирования и компонентной оптимизации рецептурных композиций продуктов функционального питания;
комплексная оценка свойств и пищевой ценности продуктов функционального питания;
- промышленная апробация результатов и разработка нормативно-
технической документации на новые виды продуктов.
Тема диссертационной работы соответствует плану НИР кафедры технологии мяса и мясных продуктов Воронежской государственной технологической академии на 2000-2003 гг. «Теоретические и практические аспекты производства биологически полноценных, лечебно-профилактических и функциональных продуктов питания на основе биотехнологий и рационального использования сельскохозяйственного сырья». Работа является составной частью научных исследований кафедры технологии мяса и мясных продуктов по теме НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по подпрограмме «Технологии живых систем» по теме «Разработка пищевых белковых препаратов, композитов, добавок и обеспечение качества мясных продуктов на основе комплексного использования ресурсов и применения методов биотехнологии» (2001-2002 гг.).
Научная новизна. Идентифицированы основные химические вещества сырья, установлены особенности гистоструктуры белого и красного мяса цыплят-бройлеров, функционально-технологические свойства, биологическая и пищевая ценность основных и вторичных продуктов их переработки. Изучены условия и закономерности гидролиза основных и вторичных продуктов переработки цыплят-бройлеров ферментными препаратами коллагеназы (ТУ 9158-002-11734126) и протосубтилина П Ох (СТП 100-02-88).
Показана возможность регулирования соотношения между функционально-технологическими свойствами и пищевой ценностью мяса цыплят-бройлеров при варьировании продолжительности гидролиза. Обоснованы режимы получения ферментативного гидролизата измельченных голов и ног птицы и обоснована целесообразность использования его в качестве пищевой добавки в технологии мясных продуктов.
Практическая значимость. С применением пищевых добавок методами математического моделирования и компонентной оптимизации получены рецептурные композиции паштетов мясных на основе сырья птицеперерабатывающей отрасли с высоким содержанием полноценного белка, обогащенные кальцием и железом, пищевыми волокнами, витаминами, имеющие высокие показатели биологической и пищевой ценности и отвечающие требованиям функционального питания. Разработана технология получения белковой пищевой добавки из голов и ног птицы с применением методов инженерной энзимологии.
Новизна технических решений подтверждена положительным решением о выдаче патента от 13.03.2003 по заявке № 2001131956 Способ получения паштета для диетического и профилактического питания, подана заявка на патент РФ №
2002125597 Способ получения белковой пищевой добавки (приоритет от 24.09.2002 г.).
Практическая значимость результатов подтверждена промышленной апробацией в условиях ГУСП ППХ «Заброденское» (г. Калач) и ЗАО «Мясокомбинат Нововоронежский» (г. Нововоронеж Воронежской обл.).
На новые виды продуктов разработана и утверждена нормативная документация: ТУ 9213-001 -57719975-02 «Паштеты мясные Воронежские. Технические условия; Технологическая инструкция».
Продукты приняты к серийному производству на ЗАО «Мясокомбинат Ио-воворонежский» (г. Нововоронеж, Воронежской обл.).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены в период 2000-2003 г. на отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии; научной конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей ВГТА на иностранных языках (Воронеж, 2001 г.); международной научно-практической конференции «Пищевой белок и экология», посвященной 70-летию МГУПБ (Москва, 2000 г.); межвузовской конференции «Социально - экономическое и инновационное развитие России и регионов: реальность и перспективы» (Орел,.2001 г.); IV международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Москва, 2001 г.); 470м ежегодном международном конгрессе по науке и технологии мяса (Польша, Краков, 2001 г.); международной научной конференции «Функциональные продукты» (Москва, 2001 г.); IV международной научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек» (Москва, 2001 г.), международной научно-практической конференции «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел, 2001 г.); международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса России» (Уфа, 2002 г.); международной научно-практической конференции «Технологические аспекты комплексной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения» (Углич, 2002 г.); международном симпозиуме «Федеральный и региональный аспекты государственной политики в области здорового питания» (Кемерово, 2002 г.); II Всероссийской научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2002 г.); 6-ой международной научной конференции памяти В.М. Горбатова «Биотехнологические процессы переработки сельскохозяйственного сырья» (Москва, 2002 г.); международном форуме «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2003 г.).
Разработки экспонировались на научно-технических выставках: международной экспозиции новых перспективных разработок по лечебно-профилактическому питанию в Кремлевском Дворце Съездов (Москва, 2001 г.); межрегиональных выставках «ПРОДТОРГ 2001» (Воронеж. 2001 г.); «ЧЕРНОЗЕМЬЕ 2001» (Воронеж 2001 г.); «ПРОДТОРГ 2002» (Воронеж. 2002 г.); работа награждена диплом лауреата премии администрации Воронежской области для молодых ученых за 2001 г. в соответствии с Постановлением администрации Воронежской области от 17.12.02 № 1077.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 30 работ, в том числе утверждена нормативно-техническая документация на новые
виды продуктов, получено одно положительное решение на выдачу патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, четырех глав экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 208 страниц машинописного текста, 24 таблицы, 30 рисунков. Библиография включает 224 наименования. Приложения к диссертации представлены на 27 страницах.
Характеристика сырьевых ресурсов птицеперерабатывающей отрасли как источник для продуктов функционального питания
В решении проблемы обеспечения населения полноценными продуктами питания важная роль принадлежит птицеперерабатывающей отрасли, как наиболее эффективной среди всех отраслей животноводства и развивающейся во всем мире быстрыми темпами, поскольку ежегодный прирост производства составляет 4-5 % в год [43]. В США за последние 5 лет оно увеличилось в 1,25 раза, в Бразилии — почти в 1,5; в Китае — в 2,33 раза. Такой положительный сдвиг характерен для большинства развитых стран мира. Так, в Японии и США удельный вес производства птицепродуктов составляет от 80 до 89 %, в Венгрии свыше 50 % [32, 83, 85, 210, 212].
Вторая половина XX столетия ознаменовалась значительным ростом производства, переработки и потребления мяса. В 90-е годы этот рост все больше осуществлялся за счет свинины и мяса птицы. Вспышки эпидемии пневмонии крупного рогатого скота в ряде стран Ближнего Востока и Африки, куриной лихорадки в Гонконге и свиной лихорадке в странах ЕС, вирусной эн-цефалопотии в Европе кардинальным образом изменили структуру мясного сектора мирового хозяйства. Согласно прогнозам экспертов, производство мяса в мире возрастет с 196 млн. т в 1993-1995 гг. до почти 266 млн. т в 2005 г., 83,7 % этого составляет мясо птицы. При среднегодовом росте объемов производства мяса 2,8 % рост производства мяса птицы составит 5,6 % [32,58].
Потребление мяса в мире к 2005 г. составит в среднем 41 кг на душу населения в год, т.е. возрастет на 15 %, три четверти этого количества составит мясо птицы, а оставшееся — свинина, в 2005 г. ее доля составит 13,5 кг (из 41 кг). В развивающихся странах потребление мяса птицы увеличится почти вдвое, с 5,7 кг в 1993-1995 гг. до 10,0 кг в 2005. Эта тенденция обусловлена влиянием ряда факторов, в том числе, ориентированностью населения многих стран на «здоровую» низкалорииную пищу и, естественно, соображениями экономического характера, как на уровне государства, так производителя и, конечно, потребителя [44].
Следует отметить, что результаты производства мяса птицы в России не столь значительные по сравнению с зарубежными странами. К началу 2000 г. численность поголовья птицы во всех категориях хозяйств по сравнению с 1990 г. сократилось примерно в 1,8 раза и стало соответствовать уровню 1971 г. Производство мяса птицы в убойной массе уменьшилось с 1801 тыс. т в 1990 г. до 690,2 тыс. т в 1998 г. В результате производство мяса птицы в расчете на душу населения сократилось соответственно с 12,1 до 4,6 кг [46].
Специалистами в области птицеперерабатывающей промышленности выделяют следующие причины такого спада [32,44,46, 83]:
- практически отсутствие государственной поддержки;
- диспаритет цен на мясо птицы, корма и энергоносители;
- отсутствие оборотных средств у предприятий;
- разрыв традиционных связей;
- давление на рынок импортной продукции, часто демпинговой. Однако, по мнению ряда авторов, птицеводческая отрасль, созданная в свое время на промышленной основе, может еще подняться на высокие рубежи [32, 44, 47, 58, 124, 132]. Для восстановления птицефабрик достаточно двух лет, в то время как для поголовья крупного рогатого скота — минимум 5-6 лет, свиней — 3-4 года. Птицеводческой отрасли требуется уделить особое внимание, ведь птица - это уникальный «биореактор» для эффективного производства животного белка и других нутриентов питания, данный нам природой. В прошедшем, XX веке, птицеводство своей динамичностью, прогрессом развития обязано вкладу генетики и селекции, новым открытиям в биологии питания, содержанию птицы, ее ветеринарно-санитарной защите [44].
Наибольший удельный вес (свыше 75 %) в мясном птицеводстве мира занимает производство мяса цыплят-бройлеров [47, 93, 124, 199].
Бройлеры — это гибридные цыплята мясных или мясо-яичных пород, линий и их помесей, специально выращенные на мясо до 7-8 недельного возраста. В этом возрасте бройлеры должны весить 1,6-1,7 кг [37-38]. Бройлеры отличаются хорошо развитой мышечной тканью в области грудной кости и на бедрах, нежным диетическим мясом, эластичной мягкой кожей, имеют не полностью окостеневшие хрящи суставов и грудного костяка, небольшое накопление подкожного и внутреннего жира.
Быстрый рост мирового бройлерного производства обусловлен следующими фактами: диетическим свойством мяса (малое содержание жира и хорошая усвояемость); поставляемый на переработку цыпленок-бройлер за 6-7 недель своей жизни увеличивает свою первоначальную массу в 35-40 раз. В то же время, крупный рогатый скот (КРС) достигает оптимального убойного веса за 15-18 месяцев, а свиньи — за 5-7 месяцев [44].
Биологические и экономические преимущества домашней птицы перед другими видами убойных животных и продуктами питания представлены в табл. 1.2-1.4.
Селекционеры ведущих фирм мира ведутся разработки, направленные на получение к 2002-2005 гг. цыплят-бройлеров живой массой 1,8-2,0 кг за 35 дней выращивания при затратах корма 1,4-1,7 кг на 1 кг прироста и сохранности 98,0-98,5 % [58, 93, 199, 206, 208, 209-212, 218].
Промышленное производство бройлеров в нашей стране строится на основе рекомендаций ученых-птицеводов ВНИИПП с использованием богатого зарубежного опыта развития бройлерной промышленности.
Сроки выращивания бройлеров определяются возрастом, который является критерием получения относительно недорогого мяса высокого качества. Немаловажное значение в определении сроков выращивания цыплят-бройлеров имеют показатели качества мяса птицы. Увеличение качества белка в грудных мышцах бройлеров отмечается до 9-недельного возраста. Исследования физико-химических и органолептических показателей грудной и бедренных мышц цыплят-бройлеров в возрасте от 9 до 16 недель свидетельствуют, что нежность и сочность мяса с возрастом ухудшаются, тогда как вкусовые характеристики улучшаются [45, 47, 124]. В мышцах цыплят-бройлеров с возрастом увеличивается количество миоглобина и коллагена, снижается растворимость коллагена, уменьшается уровень азота саркоплазмы. Кроме того, выращивание цыплят-бройлеров свыше 9-ти недельного возраста невыгодно, так как при этом падает относительная скорость роста и повышается расход кормов на единицу привеса [44, 93, 209]. Срок беспересадочного выращивания одной возрастной партии цыплят-бройлеров составляет 56 дней.
В последние годы, например, в США достигнуты высокие показатели в производстве бройлеров: значительно сокращен срок их выращивания, снижены затраты кормов на производство 1 кг мяса бройлеров и его себестоимость. В настоящее время в США мясо бройлеров на 40 % дешевле говядины и на 30 % свинины. Большой степени достигнута механизация производства, тем самым почти полностью, исключая применения ручного труда [58, 93].
Процесс выращивания бройлеров в целом мире все более модернизируется, селекционеры стараются достигнуть точно определенной массы птиц. В некоторых случаях женские и мужские особи выращивают отдельно, причем процесс выращивания женских особей на 3 дня дольше, то есть 1,75 за 45 дней для мужских особей и 48 дней для женских [47]
Наряду с увеличением количества выпускаемой продукции необходимо уделить большое внимание ее качеству. Качество мясо птицы — это комплексная характеристика, которая включает в себя физико-химические, функционально-технологические, биологические и органолептические показатели.
Пищевая ценность мяса птицы определяется суммарными факторами технологии содержания и кормления птицы, предубойной обработки, убоя, технологией переработки и хранения [44, 90, 124].
Одним из путей повышения эффективности работы птицеперерабатывающих предприятий является рациональное использование мяса птицы, основанное на глубокой переработке и предусматривающее внедрение прогрессивных методов разделки и обвалки тушки. Такая технология позволяет устранить отрицательное влияние дефектов выращивания, транспортирования и убоя [14, 124, 199]. По технологии глубокой переработки ценные части тушки направляют на выработку полуфабрикатов и готовых изделий; остальную часть тушки с большим содержанием кости на механическую обвалку.
Гистоморфологическая характеристика мышечной ткани цыплят-бройлеров
Структура тканей тесно связано с химическим составом, функционально-технологическими и структурно-механическими свойствами, детальное исследование которых позволяет предопределить общность или отличия в сочетании интересующих пищевых веществ, образующих сложные биологические системы.
В качестве объектов исследования были использованы грудные мышцы — белое мясо и мышечная ткань от окорочков — красное мясо, полученные при разделке и обвалке цыплят-бройлеров второй категории упитанности согласно ГОСТ 25391, выращенных на ГУ СП ППХ «Заброденское» г. Калач, Воронежской области.
Для гистоморфологического исследования отбирали образцы мышечной ткани белого и красного мяса цыплят-бройлеров согласно рекомендациям [10, 184] размером 15x15x15 мм, вырезанные перпендикулярно к расположению мышечной ткани, в глубь мышц с последующей фиксацией в растворе формалина с массовой долей формальдегида 40 %. Для получения срезов была использована традиционная методика: фиксация в формалине образцов в течение семи суток; проводка по спиртовым растворам, начиная с 50 % концентрацией и заканчивая абсолютно безводным (концентрацией 100 %) с интервалом в 4-6 % и продолжительностью каждого этапа 24 часа; заливка парафином или пропитывание растворами целлоидина с массовой долей 4-6 % в течение 6-10 суток и с массовой долей 8-12 % в течение 3-5 суток. Срез образцов проводили на санном микротоме для гистологических срезов с последующим окрашиванием гематоксилин-эозином и заключением полученных срезов в пихтовый бальзам. Изучение полученных препаратов проводили на микроскопе Биолам Р1У4 2 под объективами 3,2; 10; 40 с увеличением окуляра 13х.
Гистоморфологические исследования белого и красного мяса поперечного среза мышечной ткани позволили выявить особенности строения образцов. Установлено, что мышечные ткани красного и белого мяса состоят из множества пучков, имеющих средний диаметр одного мышечного волокна 20-35 мкм, причем диаметр волокон белого мяса составляет - 25-35 мкм, а красного - 20-30 мкм, это явление обусловлено различными массовыми долями белка. Каждое волокно состоит из нескольких мышечных клеток, имеющих вытянутые продолговатые ядра, содержащие достаточное количество хроматина, придающего им характерную окраску. Ядра клеток располагаются по всему объему клетки, причем на периферии они имеют эллипсовидную форму, а в центральной части ядра более крупные с формой, приближенной к круглой, и характеризуются более светлым окрашиванием гематоксилин-эозином.
Мышечные пучки красного мяса имеют как продольную, так и поперечно-полосатую организацию и в большинстве случаев обволакиваются тонкой пленкой фасции, которая содержит единичные коллагеновые волокна с единичными фибропластами (рис. 3.1 а).
Мышечные волокна красного мяса разделены между собой хорошо выраженной соединительной тканью — стромой, для которой характерно светлое окрашивание. Примерно от 50 до 70 таких мышечных волокон составляют большую мышечно-волоконную массу — сектор, который также разделяется стромой, содержащую в своем составе кровеносные сосуды и единичные лимфатические клетки (рис. 3.1 б, в).
Крупные мышечные секторы красного мяса местами имеют единичные круглые образования (рис. 3.1 г), на поперечном сечении — светлую цитоплазму, состоящую из кругообразных клеток, которые придают им вид нервных пучков, хотя они в своем большинстве напоминают мышечные волокна, переходящие в соединительно-тканные волокна.
В отличие от красного мяса структурная организация мышечных волокон белого мяса более строгая, как по расположению отдельных мышечных волокон, так и в больших секторах (рис. 3.2 а). Количество мышечных волокон в секторах белого мяса по всему объему примерно одинаковое и составляет 80-100 единиц. Мышечные волокна менее плотно прилегают друг к другу, разделяющие их стромальные элементы менее выражены по сравнению с красным мясом (рис. 3.2 б, в). Большие секторы мышечных волокон в белом мясе покрыты плотной соединительно-тканной капсулой, состоящей из фибропластов.
Выраженные шаровидные образования клеток в белом мясе представлены в большом количестве (рис. 3.2 г).
В стромальных элементах встречаются кровеносные сосуды с отсутствием дистрофических явлений и с сохраненной первоначальной организацией. Сами мышечные волокна белого и красного мяса в продольном и поперечном разрезе имеют нежную гомогенную эозинофильную структуру, сохраняют свою первоначальную организацию без разрушений, характерную для начального периода автолиза мышечной ткани.
Различия в гистоморфологическом строении мышечной ткани белого и красного мяса цыплят-бройлеров хорошо коррелируют с особенностями химического, фракционного и аминокислотного состава белков.
Следует отметить, что объемное соотношение мышечной и соединительной тканей в красном мясе составляет 1,5:1, а в белом 1,7:1, что коррелирует с данными фракционного состава белков цыплят-бройлеров.
Коллагеновые волокна стромы непрерывны и строго ориентированы по всему объему ткани, имеют рыхлую структуру и как следствие занимают меньший удельный вес по сравнению с мышечными волокнами.
Выявленные особенности структуры тканей красного и белого мяса предполагают различия в функционально-технологических свойствах мяса птицы разной окраски.
Специфика ферментативного гидролиза белковых фракций белого и красного мяса цыплят-бройлеров
Несмотря на известность структуры основных белков животного происхождения применительно к конкретному объекту они имеют особенности.
Действие ферментного препарата коллагеназы из гепатопанкреаса камчатского краба изучено на говядине и шкуре крупного рогатого скота и др.[8,9].
Представлялся интерес установить глубину и характер деструкции белковых систем в белом и красном мясе птицы под действием вышеназванного препарата.
Учитывая специфику аминокислотного состава белков мяса птицы, на наш взгляд, целесообразно модифицировать метод количественной глубины деструктивных превращений в результате ферментативного гидролиза.
Для анализа белковых веществ используют много методов, включая различные модификации метода Кьельдаля, фотометрические методы с использованием спектрофотометров и фотоэлектроколориметров.
Среди ускоренных фотометрических методов большое признание получила нингидриновая реакция, достоинства которой уже были отмечены многими исследователями при определении аминного азота в белковых продуктах [11].
Необходимость количественного определения аминокислот возникает в ходе аминокислотного анализа белков, изучения свободных аминокислот и определения активности протеолитических ферментов. Предлагаемые способы определения могут быть использованы при анализе биологических материалов животного или растительного происхождения, отдельных аминокислот или их смесей, а также белковых гидролизатов.
Содержание в белках мышечной ткани птицы значительных количеств лизина (77,8-91,3 г/100 белка) требует модификации известного нингидрино-вого метода [11] путем замены калибровочного графика, отражающего зависимость оптической плотности от концентрации лизина. Наличие у аминокислоты лизина двух NH2- групп на концах молекулы позволяет повысить чувствительность метода.
Совершенствование известного нингидринового метода позволит давать не только статическую оценку конечных продуктов, но и проводить их количественный анализ в динамике ферментативного гидролиза белков мясного сырья. Такой подход обеспечивает получение продуктов определенного фракционного состава с необходимыми функционально-технологическими свойствами.
Для построения калибровочных графиков при определении концентрации продуктов гидролиза использовали стандартные растворы аминокислот DL-лизина моногидрохлорида (ч), DL-тирозина или глицина с содержанием 100 мкг/см (100 мг аминокислоты растворяют в 1000 см дистиллированной воды). Из стандартного раствора готовили ряд разведений 10-20-30-40-50-60-70-80-90-100 мкг/см3 раствора. Затем проводили окрашивание и строили графики зависимостей оптической плотности от концентрации аминокислот (рис 4.1). В пробирку с пришлифованной пробкой помещают 1 см3 фильтро-ванного гидролизата и 0,5 см раствора нингидринового реактива (на 2 дм нингидринового реактива - 40 г нингидрина растворяют в 1500 см3 этиленгликоль-монометилового эфира и добавляют 0,8 г хлорида олова, предварительно рас-творенного в 500 см ацетатного буфера рН 5,5 (4 моль/дм ). Затем пробирку закрывают стеклянной пробкой, тщательно перемешивают и 20 минут кипятят на водяной бане. Окрашенные сине-фиолетовые растворы переносят в мерную пробирку на 10 см и доводят объем до метки дистиллированной водой. Оптическую плотность растворов определяют при 540 нм.
В контрольной пробе все операции проводят с 1 см3 дистиллированной воды вместо фильтрата. При превышении значений оптической плотности более 0,600 единиц делают необходимые разведения исходного фильтрата.
Как показали результаты исследований гидролиз водо- и солераствори-мой фракций белков белого и красного мяса цыплят-бройлеров ферментным препаратом (ФП) коллагеназы происходил наиболее интенсивно в первые 3 ч.
Исследуемые фракции белков находились в растворимом состоянии и составляли в начальный момент 4,75-5,75 мг/см3 белка (рис. 4.2, 4.3). При гидролизе растворимый белок расщеплялся ферментом до низкомолекулярных продуктов, массовая доля растворимого белка уменьшилась до значений 3,30-4,50 мг/см к 3 ч обработки (рис. 4.2 и 4.3 а). Дальнейшая инкубация субстратов с ФП коллагеназы существенных результатов не дала. Снижение массовой доли растворимого белка составила менее 0,5 мг/см3.
Растворимый белок в исследуемых фракциях гидролизовался на 23,5-40,0 %. Следует отметить, что более высокая степень гидролиза растворимого белка водо- и солерастворимой фракций выявлена для белого мяса — 32,6-40,0 %. Этот же показатель для красного мяса находился на уровне 23,5-26,3 %.
Ферментативный гидролиз водо- и солерастворимой фракций белого и красного мяса цыплят-бройлеров сопровождался непрерывным приростом пептидов и аминокислот (рис. 4.2-4.3 в). Достаточно высокие значения этих продуктов в исследуемых фракциях в начальный момент обусловлен наличием их в свободном виде в сырье, а также в процессе подготовки образцов. Массовая доля низкомолекулярных продуктов составила 1400-3300 мкг/см3. Накопление пептидов и аминокислот осуществлялось на протяжении всего времени эксперимента.
Массовая доля пептидов и аминокислот увеличилась в 1,5-2 раза. Наиболее интенсивный прирост этих продуктов отмечен для солерастворимой фракции красного мяса- с 1400 до 2900 мкг/см3.
Отличительной особенностью ферментативного гидролиза водо- и солерастворимой фракций белого и красного мяса является расщепление растворимого белка до пептидов и аминокислот без образования свободных радикалов аминокислоты тирозина (рис. 4.2-4.3 б). В этом случае ФП коллаге-назы действует на пептидные связи в исследуемых фракциях белков без разрыва боковых связей, образованных аминокислотой тирозина. Также ФП коллагеназы не расщепляет пептидные связи с С и N концов аминокислоты тирозина с получением ее в свободном виде.
Видимо часть аминокислоты тирозина находится в связанном виде в составе высокомолекулярных белковых продуктов, в том числе и растворимого белка, непрогидролизованная доля которого составляет более 60 %.
Ферментативный гидролиз щелочерастворимой фракции белого и красного мяса цыплят-бройлеров ФП коллагеназы (рис. 4.4) имеет некоторые особенности. Данный процесс идет только с переходом белка из нерастворимой в растворимую форму. Начиная с 4ч обработки расщепление растворимого белка до низкомолекулярных продуктов, не наблюдается (рис. 4.4 в).
Увеличение массовой доли растворимого белка (рис. 4.4 а) в исследуемой фракции составило в 2-4 раза. Это обстоятельство может играть весьма положительную роль для перехода соединительнотканных белков в растворимую форму с целью увеличения функционально-технологических свойств сырья и выхода готовой продукции.
Переход белка из нерастворимой в растворимую форму сопровождался непрерывным повышением концентрации пептидов и аминокислот (рис. 4.4 в). Массовая доля последних увеличилась с 1400 до 21300-26300 мкг/см3, т.е. более чем в 20 раз.
Также процесс перехода белка из нерастворимой в растворимую форму сопровождался увеличением концентрации аминокислоты тирозина более чем в 3 раза (рис. 4.4 б). Очевидно, применение ФП коллагеназы вызывает деструктивные изменения в компактной четвертичной структуре фибриллярных белков щелочерастворимой фракции с образованием свободных радикалов аминокислоты тирозина. Последние легко идентифицируется специфичным реактивом Фолина на тирозиновые и цистеиновые радикалы.
Ферментативный гидролиз препаратом протосубтилин Г 10х водо-, соле- и щелочерастворимой фракций белков белого и красного мяса цыплят-бройлеров имеет аналогичный характер протекания процесса деструктивных изменений (рис. 4.5-4.7), как и в случае использования для этих целей ФП коллагеназы.
Получение, исследование свойств и применение белковой пищевой добавки из голов и ног птицы
В последнее десятилетие во многих странах мира отмечается значительный рост объемов выпуска комбинированных мясных продуктов, в том числе и с использованием пищевых добавок. Данное производство является наиболее динамично развивающимся сектором мясной индустрии.
В соответствии с действующим в нашей стране санитарным Законодательством под термином «пищевые добавки» понимают природные или синтезированные вещества, преднамеренно вводимые в пищевые продукты с целью приданию им заданных свойств, например органолептических, и не употребляемые сами по себе в качестве пищевых продуктов или обычных компонентов пищи.
Большинство пищевых добавок не имеют, как правило, пищевого значения и в лучшем случае являются биологически инертными для организма, а худшем - оказываются биологически активными и небезразличными для организма.
В этом аспекте представлялся практический интерес к разработке технологий получения белковых пищевых добавок на основе рационального использования сырьевых ресурсов птицеперерабатывающей отрасли, которые позволят обогащать рацион человека полноценным белком и обеспечивать удовлетворение потребностей в пищевых волокнах.
На основании рекомендаций литературных источников [108,109] и ранее полученных результатов (глава IV настоящей диссертации) ферментативного гидролиза голов и ног птицы была разработана технология получения белковой пищевой добавки, основные операции которой отображены на рис. 5.5.
Процесс производства следующий. После приемки исходное сырье - ноги и головы птицы поступают на стол мойки и сортировки. Сырье сортируют, очищают от загрязнений и промывают теплой водой. Затем проводят тепловую обработку в автоклаве при температуре 121-123 С, давлении 0,1 МПа, продолжительностью 30 мин. В результате тепловой обработки происходит уничтожение поверхностной микрофлоры, сырье размягчается, что в дальнейшем облегчает действие ФП и сокращает продолжительность гидролиза. Затем сырье измельчают на волчке с диаметром отверстия решетки 2-3 мм до получения однородной массы, добавляют воду в соотношении 1:15 и перемешивают.
Полученный гомогенизат обезжиривают, образовавшийся слой жира отделяют на центрифуге. Затем доводят рН среды до 7,0-7,2 путем внесения IN раствора гидроксида натрия. Далее проводят ферментативный гидролиз путем внесения раствора ФП коллагеназы из расчета 75-80 ед. ПС на 1 г белка обрабатываемого сырья.
Процесс гидролиза осуществляют в аппарате, снабженным «рубашкой» и мешалкой (в ферментере). Гидролиз ведут при постоянном перемешивании и температуре 38-40 С, продолжительностью 2,5-3,0 ч. После этого полученный гидролизат нагревают до температуры 95-100 С и выдерживают 10-15 мин для инактивации ферментного препарата. Далее отделяют твердую фракцию путем центрифугирования, которая в дальнейшем может быть использована на кормовые цели. Полученный гидролизат высушивают на распылительной сушке.
Белковая добавка представляет собой порошок светло-кремового цвета, хорошо растворима в воде, запах присущий мясным продуктам, выход составляет 17,9-21,2 % от массы исходного сырья.
Исследования общего химического состава показали, что она характеризуется высокой массовой долей белка (табл. 5.7), которая составляет для добавки из ног — 88,6 %, а для добавки из голов — 86,4 %. Это в свою очередь позволяет говорить о перспективе использования ее в качестве белкового обогатителя пищевых систем.
Анализ аминокислотного состава белковой пищевой добавки из вторичных продуктов переработки птицы (табл. 5.8) показал, что белок содержит большое количество глутаминовой и аспарагиновой аминокислот - известных химических предшественников образования специфического вкуса и аромата мясного продукта. Достаточно высокое содержание пролина в добавке (37,8-40,0 мг/ 1 г белка) позволяет рекомендовать ее в рационы людей для профилактики остеопороза [203].
Проведенные исследования показали, что введение в модельные мясные фарши паштетов гидратированных добавок из голов и ног птицы в количестве 2-6 % к массе основного сырья по рецептуре способствует повышению функционально-технологических свойств системы в среднем на 12-20 %.
Таким образом, использование пищевых добавок из вторичных продуктов переработки птицы в пищевых системах позволяет повысить их функциональность, а также обогатить продукты биологически активными веществами.
Похожие диссертации на Совершенствование технологии получения продуктов функционального питания на основе сырья птицеперерабатывающей отрасли
