Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Обзор литературы 7
1.1 Полисахариды: структурам функции 7
1.2 Роль пищевых волокон в питании 16
1.3 Функционально-технологические свойства и опыт применения полисахаридов 25
1.4 Анализ рынка и производителей гидроколлоидов полисахаридной природы для мясной промышленности.. 39
ГЛАВА II. Материалы и методы исследований 45
2.1 Объекты исследований 45
2.2 Схема экспериментальных исследований 46
2.3 Методы исследований 47
2.4 Математическое планирование и статистическая обработка результатов эксперимента 60
ГЛАВА III. Свойства и характеристика препаратов пшеничных клетчаток серии «витацель...» 67
3.1 Состав и структура препаратов пшеничных клетчаток... 67
3.2 Оценка безопасности пшеничных клетчаток серии «Витацель» 71
3.3 Функциональные свойства препаратов пшеничных клетчаток серии «Витацель» 74
ГЛАВА IV. Свойства препаратов серии «витацель» в мясных фаршах 90
4.1 Исследования водосвязывающей и эмульгирующей способности мясных фаршей с применением пшеничных клетчаток 90
4.2 Изучение влияния препаратов пшеничной клетчатки серии «Витацель» на цвет колбасных изделий 97
4.3 Исследование ароматостойкости мясных фаршей с применением пшеничной клетчатки «Витацель» WF-200 100
4.4 Определение перевариваемости модельных фаршей с пшеничной клетчаткой «Витацель» WF-200 102
ГЛАВА V. Разработка технологии мясных продуктов с применением «витацель» 104
5.1 Разработка рецептурно-компонентных решений колбас и условий технологического процесса 104
5.2 Оценка качества и биологической ценности разработанных мясных изделий 111
Выводы 124
Список использованных источников
- Полисахариды: структурам функции
- Схема экспериментальных исследований
- Состав и структура препаратов пшеничных клетчаток...
- Исследования водосвязывающей и эмульгирующей способности мясных фаршей с применением пшеничных клетчаток
Введение к работе
Последние исследования отечественных и зарубежных ученых свидетельствуют о том, что у большинства населения России выявляются нарушения питания, обусловленные недостатком потребления пищевых веществ, в первую очередь полноценных белков, витаминов, пищевых волокон, макро-и микроэлементов (кальция, йода, железа, фтора, селена). Нарушение меж-нутриентных взаимоотношений является одним из факторов возникновения и прогрессирования таких распространенных заболеваний, как болезни обмена веществ, сердечно-сосудистые и другие [1,2]. В последнее десятилетие в РФ социальное положение населения характеризуется негативными тенденциями. Продолжает сокращаться продолжительность жизни. В 1996 г. она составила у мужчин 57 лет, у женщин - 72 года, смертность в расчете на 1000 человек увеличилась с 11,2 в 1990 г., до 15,0 в 1996г.
Современные научные положения физиологии и биохимии побуждают специалистов в области питания и производителей пищевых продуктов, в том числе мясных пересматривать требования к вновь создаваемым продуктам и принципам их получения для приведения их рецептур и содержащихся в них пищевых веществ в соответствие изменивших условий труда и быта людей. В рационе необходимы витамины и минеральные вещества, а также пищевые волокна при достаточном уровне [3], что получило конкретное выражение в формулах питания, ориентированных на определенный физиологический и профессиональный статус, климатические и социальные условия. Качество питания, прежде всего, связано со свойствами сырья, входящего в состав продуктов питания. Следует отметить, что радикальное изменение качества перерабатываемого сырья, и, прежде всего, резко возросшее содержание в нем жира, высокий удельный вес аномального мяса с чрезвычайно низкой функциональностью мышечного белка, потерей вкуса и цвета вызывает необходимость пересмотра и совершенствования традиционных способов производства продуктов с целью повышения их качества, пищевой
5 ценности, а также придания им новых свойств лечебно-профилактического значения.
Необходимость балансирования пищи не только по содержанию белков, жиров и усвояемых углеводов, витаминов, минеральных веществ, но и по количеству балластных веществ - неопровержимо доказана. Балластные вещества - неперевариваемые ферментами желудочно-кишечного тракта элементы соединительной ткани животных, а также используемые в качестве добавок растительные пищевые волокна. Роль балластных веществ в питании человека состоит в выведении из организма вредных продуктов обмена, солей тяжелых металлов, регуляции физиологических процессов в органах пищеварения. Пищевые волокна обеспечивают профилактику многих заболеваний, прежде всего сахарного диабета, атеросклероза, ишемической болезни сердца, рака прямой кишки и др.
Механизм действия пищевых волокон в процессе пищеварения сложен и включает как химические, физико-химические преобразования их, так и взаимодействие с другими компонентами пищи, присутствующими в желудочно-кишечном тракте.
Потребление пищевых волокон в Европе и в России ниже оптимума, который составляет 25-35 граммов в сутки. Это определяет необходимость восполнения пищевых волокон в рационе человека различными путями [1].
Среди известных способов обогащения продуктов питания пищевыми волокнами наиболее перспективно введение в продукты очищенных препаратов пищевых волокон. Созданию таких продуктов посвящено ряд исслде-ований (Н.И. Дунченко, А.И. Жаринов, И.А. Рогов, Л.С. Кудряшов, Л.В. Ан-типова и др.). Достигнуты определенные успехи и научные результаты применения балластных веществ в пищевых системах, однако применительно к технологии мясных продуктов информации недостаточно и требуются исследования функционально-технологических свойств, оценки влияния на качество и биологическую ценность. В связи с ростом сегмента препаратов балластных веществ на отечественном рынке и необходимостью расширения
ассортимента пищевых продуктов в реализации концепции государственной политики здорового питания исследования свойств источников балластных веществ, разработка подходов и способов дозированного применения в пищевых системах при обеспечении требуемых и улучшенных показателей, представляет весьма важную научно-практическую задачу. Тенденция введения пищевых волокон в мясные изделия в России находится на стадии развития, в отличие от молочной и хлебопекарной промышленности. Требуется уточнение свойств источников балластных веществ применительно к технологии продуктов различных ассортиментных групп, адаптация к условиям производства.
При этом наряду с обогащением мясных продуктов пищевыми волокнами необходимо решить технологическую задачу формирования необходимой консистенции и улучшения функциональных свойств мясных систем.
Целью диссертации является расширение ассортимента мясных продуктов функционального назначения на основе изучения физико-химических свойств и рациональных способов применения препаратов серии «Витацель».
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
- определение основных функциональных свойств препарата серии
«Витацель»;
исследование влияния технологических факторов на свойства препаратов серии «Витацель» в мясных системах;
изучение изменения физико-химических, структурно-механических и реологических характеристик мясного сырья под действием препарата серии «Витацель»;
обоснование и разработка технических решений по применению препарата серии «Витацель» в частных технологиях мясных продуктов;
разработка нормативной документации на производство и продукцию;
внедрение в производство новых видов мясных продуктов функционального значения.
Полисахариды: структурам функции
Полисахариды - класс углеводов, к которым относятся полигидрокси-альдегиды и полигидроксикетоны с общей формулой (СН20)п, распространённый на Земле класс органических соединений, входящих в состав всех живых организмов. В клетках животных организмов содержание углеводов в среднем около 2 % сухой массы (в мышечных клетках он может достигать 4-6 % в зависимости от степени тренированности мышц), в клетках растений -80% и более.
Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в круговороте веществ в природе играют роль своеобразного моста между неорганическим и органическим миром. Выделяемая при биологическом окислении углеводов химическая энергия (АТФ) используется в реакциях синтеза, активном транспорте веществ через клеточные мембраны, преобразуется в механическую работу. Промежуточные продукты распада углеводов служат исходными веществами для синтеза других соединений, необходимых живой клетке.
Биополимеры, относящиеся к классу полисахаридов, выполняют дополнительно ряд важных биологических функций in vivo. Они участвуют в построении клеточных стенок и межклеточного матрикса, в регулировании обмена ионами между клеткой и её окружением, выполняют роль энергетического резерва. Изучение полисахаридных систем приближает нас к пониманию различных аспектов функционирования живой материи, и поэтому имеет большое теоретическое значение. С другой стороны, обладая уникальными способностями загущения, студнеобразования, эмульгирования, влаго удержания и стабилизации структурно-слоеных систем, полисахариды находят широкое применение в различных областях человеческой деятельности.
На долю углеводов приходится 60-70 % пищевого рациона. Находясь преимущественно в растительных продуктах, они - основные компоненты хлеба, круп, макарон, кондитерских изделий, служат исходными субстратами при производстве пива, спирта, вина, пищевых кислот (уксусной, молочной, лимонной), продуктов микробиологического синтеза (ферментов, антибиотиков и др.). Среди источников животного происхождения они содержатся в молоке. Некоторые виды растительного сырья (кукуруза, картофель, сахарная свекла, тростник и др.) используются для получения подсластителей (сахарозы) и чистых углеводных продуктов (крахмал). Производные - пищевые кислоты, создавая низкий рН, используются для консервирования пищевых продуктов.
Классификация углеводов основана на их структуре и физико-химических свойствах. Современная классификация представлена тремя подклассами углеводов. К моносахаридам относят содержащие от 3 до 10 углеродных атомов в структуре, к олигосахаридам - от 2 до 10 остатков моносахаридов, полисахариды включают свыше 10 моносахаридных звеньев.
По физико-химическим свойствам углеводы делят на нейтральные, содержащие только гидроксильные и карбонильные группы; основные, включающие, кроме названных, ещё и аминогруппу (аминосахара); кислые - содержат, кроме гидроксильных и карбонильных групп карбоксильные группы. Наиболее распространены и важны в питании и технологии пищевых продуктов - полисахариды. Полисахариды - высокомолекулярные углеводы, представляющие продукты конденсации моносахаридов, соединённых глико-зидными связями (табл. 1.1) [10, 77]. Они делятся на линейные и нелинейные по форме молекул, а также на гомо- и гетерополисахариды в зависимости от того, из каких моносахаридов они состоят.
В соответствии со структурой входящих моносахаридов полисахариды делят на глюканы (крахмал, целлюлоза), маннаны. Полисахариды различаются по размеру молекул, которые для одного и того же полисахарида зависят ещё и от источника. Полисахариды делятся на резервные и структурные.
Большинство резервных полисахаридов (крахмал, гликоген, инулин) являются важными составляющими пищевых продуктов и источниками углерода и энергии в пище. Структурные полисахариды (целлюлоза, гемицел-люлоза и др.) образуют в клеточных стенках протяжные цепи, уложенные в прочные волокна (пластины) и выполняют роль каркаса в живых организмах.
Полисахаридам характерна многоуровневая пространственная структура [10, 22]. Пространственная структура - конформация молекул полисахаридов весьма важная информация о целенаправленном влиянии этих веществ на свойства пищевых систем различных отраслей промышленности, производящих продукты питания.
Вторичная структура полисахаридов (форма макромолекулы в трех измерениях) определяется главным образом факторами: ближние вдольцепные взаимодействия; дальние объемные взаимодействия; энтропийные эффекты; взаимодействия с внешней средой. Эти факторы действуют одновременно, но «интенсивность» каждого из них в зависимости от первичной структуры и термодинамических условий может быть различной, что и определяет кон-формацию полисахаридов.
Основной вклад в общую энергию вносят соседние моносахаридные остатки, т.е. вдольцепочечные взаимодействия. Вторичная структура полисахаридов стабилизируется водородными связями, а если имеются электрически заряженные группы, то еще и электростатическими силами [2, 5, 8].
В длинной цепной молекуле полисахарида встречаются множество конформаций как результат вращения моносахаридных остатков вокруг гли-козидных связей. Однако преимущественной принято считать симметричную, что облегчает расчеты при расшифровке конформаций конкретного полисахарида. Под влиянием теплового движения молекул непрерывно осуще ствляется переход одной конформации в энергетически близкую (флуктуация). Как правило, параметры, характеризующие конформации полисахаридов, относятся к средней конформации. Упорядоченность формы молекул полисахаридов зависит от относительной ориентации гликозидных связей, примыкающих с обеих сторон к моносахаридному остатку.
Схема экспериментальных исследований
В качестве объектов исследования выбрана серия препаратов «Вита-цель» производитель «J. Rettenmaier & Sohne GmbH» Германия. - препараты серии «Витацель» - функционально-технологический продукты, обладающие, согласно рекомендациям производителя, высокой водо-связывающей и жиропоглощающей способностью, увеличивают выход продукции, предотвращают отделение влаги в ней, упакованных под вакуумом при длительном хранении, предотвращают образование размягченных жели-рованных участков при использовании каррагенанов, сокращают потери массы при тепловой обработке, имеют нейтральный вкус и запах [43, 49]. Их использование позволяет предотвратить образование бульонно-жировых отеков в готовом продукте, улучшить консистенцию и сочность готового продукта.
Рынок располагает серией препаратов «Витацель» WF 200, WF 400, WF 600, отличающимися исходными характеристиками, а, следовательно, и функционально-технологическими свойствами. Это различие заключается в различных способах производства клетчаток, которые имеют различную степень дисперсности: «Витацель» WF 200 - 120 мкм, «Витацель» WF 400 - 300 мкм, «Витацель» WF 600 более 300 мкм. Основа препаратов «Витацель» является растительная пшеничная клетчатка, содержание балластных веществ в препарате составляет порядка 98%. - говядина высшего сорта по ГОСТ 779-77 [21] в охлажденном состоянии, модельные фарши; - свинина полужирная по ГОСТ 7724-77 [22] в охлажденном состоянии. Методы исследований Физико-химические методы исследований
Массовую долю гигроскопической влаги в сырье и готовых продуктах определяли путем высушивания образцов при температуре 100-105 С в течение 3 ч в соответствии с требованиями ГОСТ 51479-99 [23] и рекомендациями [1].
Определение массовой доли жира в сырье и модельных фаршах вели в соответствии с рекомендациями [3] рефрактометрическим методом. Массовую долю минеральных веществ определяли после сжигания органических веществ в муфельной печи при температуре 500-700 С в течение 5-6 часов до постоянной массы в соответствии с рекомендациями [3]. Величину рН растворов определяли потенциометрическим методом на универсальном ио-нометре рН-150М согласно рекомендациям.
Функционально-технологические свойства (влагоудерживающая, жи-роудерживающая, эмульгирующая способности и стабильность эмульсии) модельных фаршей и гелеобразующую способность белковых добавок определяли согласно рекомендациям [3, 54]. Влагосвязывающую способность (ВСС) оценивали по методу Грау и Хамма в модификации В.П. Воловинской и Б.И. Кельман [3].
Массовую долю белка в продуктах определяли методом Кьельдаля по ГОСТ 25011-81 [17]. Определение лигнина проводили по ГОСТ 26177-84 [15]. Определение насыпной плотности проводили по ГОСТ 7971-2-99 [20]. Зольность продуктов определяли по ГОСТ Р 51411-99 [19]. Содержание общих балластных веществ определяли как сумму целлюлозы, гемицеллюло-зы и лигнина. Определение активности кислой фосфатазы по ГОСТ 23231-90 [13]. Определение содержания свинца проводили по ГОСТ 26932-86 [24], кадмия по ГОСТ 26933-86 [25], мышьяка по ГОСТ 26930-86 [26], ртути по ГОСТ 26927-86 [21]. Содержание пестицидов определяют в соответствии с ГН 1.1.546 [18]. Органолептические показатели качества готовых изделий в соответствии с ГОСТ 9959-91 [27], а также рекомендациями [3]. Определение перевариваемое продуктов проводили путем последовательного гидролиза пищеварительными ферментами пепсин + трипсин при соответствующих значениях рН согласно рекомендациям [3].
Определение цветовых характеристик мяса на спектрофотометре Мясо и мясные продукты обладают, как правило, шероховатой поверхностью, которая рассеивает падающий на нее свет. Рассеянный свет имеет неодинаковую интенсивность на разных длинах волн, т.е. характеризуется определенным спектром - зависимостью интенсивности от длины волны. Согласно трехцветной теории зрения в сетчатой оболочке глаза имеются колбочки трех видов. Один из них реагируют на свет с длиной волны 600-750нм (красный), другие - на зеленый (А,=400-450нм) [4]. По спектру отражения какого-либо тела можно определить координаты его цветности X и Y.
Состав и структура препаратов пшеничных клетчаток...
Для мясных систем весьма важен уровень гидрофильности и влаго-удержания, так как это во многом определяет качество и выход продуктов. Показатели тесно связаны с макро- и микроструктурой веществ. Представляло интерес уточнить эти показатели. Микроструктурные исследования пшеничных клетчаток показали, что они имеют капиллярно-волокнистую структуру разной длины и толщины, что согласуется с данными табл. 3.1 [6, 25].
При разных условиях увеличения установлено, что они представлены мощными волокнами, ориентированными в разных направлениях, волокна имеют выраженное капиллярное строение, что позволяет удерживать воду за счет йоногенных функциональных групп не только с внешней стороны, но и с внутренней. Микроструктурная характеристика растительных клетчаток серии «Витацель» на примере WF-200 показана на рис. 3.2.
Из обзора литературы известно, что препараты клетчаток состоят из целлюлоз и гемицеллюлоз, а также лигнина, их соотношение влияет на долю растворимых балластных веществ в препаратах. Большинство полисахаридов гемицеллюлоз относятся к гетерополимерам, построенным из различных по составу и содержанию моносахаридов нескольких видов: D-ксилозы, а-арабинозы, D-глюкуроновой и 4-0-метил-О-глюкуроновой кислот. Химические свойства гемицеллюлоз обусловлены наличием в мономерах ряда гид-роксильных групп, карбоксилов и полуацетальной гликозидной связи. Часть этих группировок метоксилирована и ацетилирована (ксиланы, маннаны), часть образует сложноэфирные связи с другими компонентами клеточных стенок - лигнином, белковыми веществами. Гемицеллюлозы отличаются хорошей растворимостью в водных растворах гидроксидов щелочных металлов и сравнительно легкой гидролизуемостью водными растворами кислот при кипячении, образуя моносахариды. Экспериментально установлено, что препараты серии «Витацель» содержат в своем составе 24-27 % гемицеллюлоз.
Химические свойства целлюлозы определяются наличием 3-глюкозидной связи и трех гидроксильных групп в каждом глюкозидном остатке. По полуацетальной связи присоединяется вода - реакция гидролиза, катализируемая ионами водорода, ферментом целлюлазой; в результате образуются простые и сложные эфиры. Для целлюлозы характерны поверхностные (топохимические) реакции. Целлюлозу определяли в остатке после выделения гемицеллюлоз. Метод основан ни способности целлюлозы гидроли-зоваться при кипячении с концентрированной серной кислотой с образованием моносахаридов.
Лигнин содержит разнообразные функциональные группы: альдегидные, карбоксильные, фенольные, спиртовые, часть которых метоксилирована. Лигнин мало растворим в воде и органических растворителях, его возможно получить, нагревая растительную массу со спиртами, фенолами в присутствии минеральных кислот. Он лучше растворяется после продолжительного размола клеточных стенок. После определения гемицеллюлоз и целлюлозы в анализируемой труднорастворимой фракции остался лигнин, который высушивали до постоянной массы при температуре 105 С и взвешивали. Лигнина в пищевых волокнах содержится 0,5-2 %.
Исследование фракционного состава балластных веществ показал, что в зависимости от разновидности препаратов в них содержится 35-95 % нерастворимых форм, а остальное - растворимые балластные вещества [6, 25].
Результаты анализа содержания химических токсикантов представлены в табл. 3.4.
Одним из аспектов безопасности пищевых продуктов является отсутствие мутагенного или другого любого неблагоприятного действия пищевых добавок на организм человека при употреблении их в общепринятых количествах. Эти вещества нарушают обмен веществ, оказывают общетоксическое действие на организм или отрицательно влияют на отдельные процессы жизнедеятельности, что приводит к ускорению процессов старения организма, снижению продолжительности жизни. Для проверки безвредности клетчатки серии «Витацель» была использована тест культура Paramecium caudatum.
Использование реснитчатой инфузории для оценки токсичности продуктов питания человека основано на том, что инфузория имеет ряд ферментных систем, аналогичных высшим животным, а также кислотно-щелочной тип пищеварения. При присутствии токсинов инфузории погибают. Токсичность препаратов серии «Витацель» устанавливали по сохранности жизнедеятельности всех инфузорий через 24 часа, по его воздействию на механизмы адаптации и резистентности клеток и по интенсивности размножения инфузорий после культивирования при 25 С в течении 3 суток.
Исследования водосвязывающей и эмульгирующей способности мясных фаршей с применением пшеничных клетчаток
Функционально-технологические свойства мясных фаршей исследовали на примере WF-200. Использование препаратов серии «Витацель» WF-200 в рецептурах дало возможность стимулировать увеличение ФТС продукта за счет балластных веществ. Использование в качестве составной части «Витацель» обосновано проведенными ранее исследованиями [43, 44, 45, 49, 51] которые доказали, что она представляет собой натуральный продукт, производимый из вегетативной части зерновых культур, фруктовых и овощных шротов. Химический состав «Витацель» представлен на 98 % балластными веществами (целлюлоза и гемицеллюлоза), причем 35-95 % из них нерастворимые. Пшеничная клетчатка из серии «Витацель» - одна из самых востребованных на мясном рынке. Она имеет капиллярную структуру, поэтому поглощение влаги происходит не только по поверхности волокон, но и внутри капилляров, прочно удерживая ее. «Витацель» (пшеничная клетчатка) образует трехмерный армированный каркас, состоящий из наполненных влагой (мясным соком, бульоном и т.д.) волокон. Этот каркас выдерживает не только силу разрыва при обработке на куттере, но и не разрушается при колебании температур от минус 45 С до 300 С. «Витацель» характеризуется высокой влагосвязывающей и жиропоглощающей способностью, что подтверждено проведенными ранее исследованиями, она нерастворима в воде и жире, термостабильна.
В мясных продуктах «Витацель» способствует улучшению качественных характеристики растительных и животных белков, крахмалов, усиливает действие гидроколлоидов.
Основой эффективности любой биотехнологии является знание всех закономерностей изменений свойств применяемого сырья в ходе технологического процесса. В технологии мясных продуктов наиболее значимыми параметрами являются так называемые функционально-технологические показатели: влагосвязывающая и влагоудерживающая способность мясного сырья.
Влагосвязывающая способность характеризует способность мясного сырья поглощать и удерживать воду в процессе посола и массирования. Такое явление происходит вследствие способности белков мяса образовывать гидратные оболочки, удерживая молекулы воды за счет водородных связей и электростатических взаимодействий. Из физических факторов следует отметить влияние уровня рН. Так как изоэлектрические точки белков мяса находятся в «кислой» области рН, повышение концентрации водородных ионов приводит к снижению ВСС.
Влагоудерживающая способность (ВУС) сырья является наиболее важным показателем для мясных продуктов, подвергающихся термической обработке. Этот показатель демонстрирует способность сырья удерживать влагу в процессе нагрева, что в первую очередь сказывается на выходе готового продукта. Следует заметить, что механизм формирования ВУС связан с образованием гидроколлоидов типа гелей. Высокую роль при этом играет белок коллаген, который в процессе тепловой обработки превращается в желатин, способный образовывать гель. Следовательно, разрушение коллагена может негативно сказываться на уровне ВУС.
Поскольку изменение уровня ВУС существенным образом сказывается на выходе готовой продукции, в мясной промышленности большое внимание уделяется механизмам ее регулирования. Повсеместно используются влаго-удерживающие добавки: мука, крахмал, каррагинан, соевый белок и другие, позволяющие существенно увеличить ВУС исходного сырья. Балластные вещества рекомендуются как альтернативный прием, в связи с чем требуется экспериментальное определение закономерного изменения этих показателей в зависимости от дозы введения и других факторов.
ЖУС фарша определяется как разность между содержанием жира в фарше и количеством жира, отделившегося в процессе тепловой обработки.
Эмульгирующая способность характеризует способность системы только распределять частицы жира и удерживать их в распределенном состоянии [1,3, 5].
