Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор патентно-информационных данных
1.1 Биологические функции, значение крови сельскохозяйственных животных и птиц в разработке нутриентно-сбалансированных продуктов
1.2 Пищевая и биологическая ценность крови сельскохозяйственных животных и птиц
1.3 Опыт использования крови в практической деятельности человека
Глава 2 Характеристика объектов и методов исследования 50
2.1 Объекты исследования 50
2.2 Условия и схема проведения экспериментальных исследований
2.3 Методы исследований 66
Глава 3 Получение и оптимизация состава эмульсий для пищевых и кормовых целей
3.1 Разработка условий предварительной технологической обработки сырьевых объектов к использованию в составе эмульсий
3.2 Оптимизация состава и физико-химические свойства белково-жировых эмульсий
3.3 Физико-химические свойства и биологическая ценность рецептурно-компонентных вариантов БЖЭ
Глава 4 Разработка технологии поликомпонентных БЖЭ с использованием крови и исследование их пищевой и биологической ценности
4.1 Обоснование условий и определение режимов получения поликомпонентных БЖЭ
4.2 Пищевая и биологическая ценность поликомпонентных белково-жировых эмульсий
4.3 Микробиологические показатели и оценка безопасности поликомпонентных БЖЭ на биотестах
Глава 5 Применение поликомпонентных БЖЭ в частных технологиях
5.1 Производство заменителей цельного молока 143
5.2 Производство мясных продуктов с применением поликомпонентных БЖЭ
Выводы 178
Список литературы
- Пищевая и биологическая ценность крови сельскохозяйственных животных и птиц
- Условия и схема проведения экспериментальных исследований
- Физико-химические свойства и биологическая ценность рецептурно-компонентных вариантов БЖЭ
- Микробиологические показатели и оценка безопасности поликомпонентных БЖЭ на биотестах
Пищевая и биологическая ценность крови сельскохозяйственных животных и птиц
Вместе с тем, биосинтез форменных элементов локализован в идентичных органах, и они выполняют одинаковые функции, большинство из которых известны. Эритроциты - красные кровяные тельца, почти полностью заполненные гемоглобином, в среднем их содержание в 1 мм3 крови животных 6,5-9 млн., у птиц -2,5- 4 млн. В эритроцитах интенсивно протекают гликолиз и пентозофосфатный путь, благодаря чему они дополнительно содержат высокоусвояемые углеводы. Эритроциты представляют собой специализированные клетки диаметром 7-9 мкм, безъядерные у млекопитающих и имеющие форму двояковогнутого диска. У птицы эритроциты имеют ядра, и отличаются формой, представляющей двояковы пуклый диск [1,84,106,111]. Эритроциты образуются из предшественников - рети-кулоцитов, которые впоследствии утрачивают клеточные органеллы и синтезируют большое количество гемоглобина. Таким образом, эритроциты - это рудиментарные клетки, в водном цитозоле которых растворен гемоглобин в очень высоких концентрациях (34 %), благодаря чему выполняется их главная функция -перенос кислорода и диоксида углерода, т.е. функция дыхания. Ежедневно гемоглобин эритроцитов переносит от легких к тканям около 0,6 м3 кислорода. [36, 45, 48, 84,106,111,140,176]
Эритроциты характеризуются мягкостью, гибкостью и эластичностью, благодаря чему способны проходить через узкие капилляры, при этом сильно вытягиваясь в длину, при входе в широкое русло превращаются в диски. Эритроциты приспособлены к выполнению своей основной функции - переносу дыхательных газов. Эритроциты образуются внутри сосудов в синусах красного костного мозга. Созревшие эритроциты циркулируют в крови животных 100-120 дней, эритроцит кур живет 28 дней, после чего фагоцитируются клетками ретикулоэн-дотелиальной системы печени, селезенки и костного мозга. У взрослых и старых животных, птиц они живут дольше, чем у молодых и новорожденных. У крупных животных дольше, чем у мелких. За сутки обновляется в среднем 0,8-1,0 % эритроцитов, однако скорость эритропоэза (образование красных кровяных телец) может резко возрастать при кровопотерях, недостатке кислорода, патологическом укорочении длительности жизни эритроцитов. Колебания в содержании эритроцитов в крови зависят также от кормления и продуктивности. Наличие в рационе кормов животного происхождения способствует увеличению числа эритроцитов. Разжижение крови после приема большого объема воды птицей несколько снижает количество эритроцитов, и, наоборот, при сгущении крови вследствие недостатка питьевой воды число их увеличивается. Причиной стойкого уменьшения в крови эритроцитов и гемоглобина (при анемиях) может быть недостаток в кормах железа и меди. [1,36, 45, 48, 106,111, 129, 140,176] Мембрана эритроцитов состоит из белков, липо- и гликопротеидов, толщина ее около 10 нм. Мембрана в миллион раз более проницаема для анионов, чем для катионов. Перенос веществ через мембрану осуществляется как путем диффузии, так и путем связывания молекулами-переносчиками, встроенными в мембрану. Необходимая для этих процессов АТФ образуется в результате гликолиза. Содержание белков в эритроцитах более высокое, а низкомолекулярных веществ (глюкозы, солей и проч.) более низкое, чем в плазме. В целом осмотическое давление в эритроцитах чуть выше, чем в плазме, что обеспечивает их тургор. В гипотоническом растворе эритроциты поглощают воду, набухают, приобретают сферическую форму и лопаются; гемоглобин выходит в среду. Это процесс осмотического гемолиза, который нашел большое применение в препаративной и технологической практике. Гемолиз может наступить и при воздействии химических веществ, растворяющих жиры (эфира, хлороформа, сапонинов, змеиного яда) и нарушающих структуру или целостность мембраны. В гипертоническом растворе наблюдается плазмолиз эритроцитов, при этом они теряют воду и сморщиваются (рисунок 1.1.2). [1,36, 45, 48, 106, 111, 115, 140]
Тромбоциты - кровяные пластинки, которые образуются из цитоплазмы мегакариотов костного мозга. Размер каждого тромбоцита достигает около трех микрон. В тромбоцитах протекают все основные биохимические процессы: синтезируется белок, происходит обмен углеводов и липидов, осуществляется биологическое окисление, сопряженное с фосфорилированием и т.д.. Тромбоциты участвуют в процессе свертывания крови, выполняя защитную функцию. [1,36, 45, 48, 106,111, 115, 140,176]
Лейкоциты или белые кровяные тельца - бесцветные полноценные клетки, имеющие ядро и протоплазму специфической структуры с высоким содержанием нуклеиновых кислот, их средний размер около пятнадцати микрон. В них сосредоточен весь гликоген крови, который служит источником энергии при недостатке кислорода. Кровь птиц по составу лейкоцитов подвержена значительным индивидуальным колебаниям, но средние данные могут в известной степени характеризовать отряд в целом. Преобладающими клетками в крови птиц являются незернистые лейкоциты, то есть кровь птиц имеет ярко выраженный лимфоцитар-ный профиль. Лимфоциты образуются в лимфатической ткани, и основной их функцией является участие в защитных и восстановительных процессах. Они способны продуцировать различные антитела, в частности, иммуноглобулины, разрушать и удалять токсины белкового происхождения, фагоцитировать микроорганизмы. Количество лейкоцитов в крови исчисляется тысячами, они различаются между собой как морфологически, так и по биологической роли, выполняемой в организме. Лейкоциты представлены клетками трех типов: лимфоцитами (26 %), моноцитами (7 %) и полиморфно-ядерными лейкоцитами или гранулоцитами (67 %). [1,36, 45, 48, 106,111,140,176]
В лейкоцитах содержатся соответствующие ферменты - протеазы, пепти-дазы, липазы, дезоксирибонуклеазы. Все виды лейкоцитов участвуют в защитных реакциях организма, но каждый вид осуществляет это особым способом. Кровь птиц по составу лейкоцитов подвержена значительным индивидуальным колебаниям, преобладающими клетками в крови птиц являются незернистые лейкоциты, то есть кровь птиц имеет ярко выраженный лимфоцитарный профиль.
Условия и схема проведения экспериментальных исследований
Наряду с ранней диагностикой и медикаментозным лечением, предупреждение и восстановление обменных процессов в организме может быть достигнуто путем включения в рацион специализированных продуктов, поскольку если лечебная терапия эффективна только в процессе ее использования, то лечебное питание – постоянно действующий фактор.
В комплексе лечебных мероприятий, когда естественный путь восполнения прогрессирующего дефицита основных питательных веществ исключен или предельно ограничен (пострадавшие с тяжелыми травмами, заболеваниями органов системы пищеварения, онкологические больные) лечебное питание и производство продуктов, содержащих основные пищевые компоненты в нужном соотношении, приобретает особое значение [16,103,112,130,139,162,188,195,198].
Плазма крови убойных животных лежит в основе производства белковых лечебно-профилактических продуктов питания, технология производства которых включает в себя получение устойчивых гелей структурообразованием белков плазмы крови и ферментативный гидролиз белков с последующей температурной обработкой [34,49,94,97,101,102,128,188,241-243,257,259]. Биомодификация белков плазмы крови дает возможность производить функциональные продукты питания, аналогичные по свойствам кисломолочным и обладающие высокой биологической ценностью, безопасностью и хорошими качественными показателями [13,86,137,132,133,136,213,210,255].
В работах А. Кульпиной (2000 г) и А. Николайчика (2004 г) показано, что за счет высокого содержания суммарных белков в плазме (7-8%) и их высокой растворимости в воде возможно получить серию сокосодержащих напитков, путем простого смешивания, обогащенных высокоценным белком. Значительная доля альбуминов позволяет усваиваться продукт, минуя пищеварительный тракт, а присутствие эссенциальных микронутриентов (витаминов и минеральных веществ) способствует увеличению сопротивляемости организма к стресс-факторам и общей метаболической активности. Специфический гидролиз белков и наличие моносахаров в крови создает благоприятные условия для развития полезной микрофлоры, включая бифидобактерии. Оптимизация условий брожения и роста клеток позволила разработать серию имитирующих кисломолочных продуктов функционального назначения. [112,137]
Пешковым А.С. (2005 г.) показана возможность получения натурального красителя из функциональных элементов крови для колбасного производства взамен нитрита натрия. Разработана технология его получения, стабилизированы характеристики на основе изучения соотношения содержащихся дериватов, проведена апробация в технологиях колбасных изделий, оценено качество готовых продуктов. Показано увеличение гемового железа в составе, что позволяет отнести продукты к продуктам функционального назначения [169]. Эффективность использования крови и продуктов ее переработки в мясных продуктах в качестве цветообразователей, цветокорректоров и стабилизаторов цвета также подтверждена работами ряда ученых, в том числе зарубежных [222,236,249-251]
Коллективом сотрудников ВГУИТ показана реальная перспектива использования крови животных и ее фракций в составе ЗЦМ для молодняка КРС, а также получения физиологически активных пептидов [177,179,186].
Куцовой А. (2008 г.) проведены углубленные исследования комплекса свойств крови и значительно расширена область возможного применения крови сельскохозяйственных животных в составе современных ассортиментных линеек антианемических продуктов (имитирующие кондитерские изделия, слоеные продукты из печени, паштеты) [113].
Широкие перспективы использования крови показаны Селезневой Н. (2011 г.) в составе кормов для домашних животных, отличающихся хорошей поедаемостью и эффективностью белков.
Учеными «Всероссийского научно-исследовательского ветеринарного института патологии, фармакологии и терапии» предложен способ получения препарата крови «Серомин» (А.С. № 2020192), включающий компоненты крови. Ко торый может быть использован в целях профилактики болезней, повышения защитных сил организма, роста и развития телят, усиления обмена веществ.
И.А. Роговым и Л.Б. Макаровой предложена схема комплексной переработки крови и ее фракций на медицинские цели путем многостадийного последовательного или одновременного выделения более двадцати различных фракций или их модификаций, а также их препаратов для создания лекарственных и фармацевтических средств, например, пищевых белковых и противоанемических препаратов, минеральных белковых концентратов, эмульгаторов для пищевых и фармацевтических целей и т. д [143,171].
В целях развития технологий продуктов антианемического действия на мясной основе создано немало эффективных рецептурно-компонентных решений и способов производства колбасных изделий, паштетов, консервов, полуфабрикатов с внесением цельной пищевой крови или форменными элементами в качестве источника биоусвояемого железа. Особое внимание при этом уделено продуктам для беременных и кормящих женщин, детей. [ 35,118,123,141,144,145,151,152,163,165, 183, 190,198,230]
Специалистами Тульского мясокомбината предложено производство мясных консервов «Гемобалансид», деликатесного продукта «Здоровье», рекомендуемых для рационов лечебно-профилактического питания женщин беременных и кормящих, с целью профилактики и лечения железодефицитной анемии. В рецептуру продуктов входит кровь пищевая стабилизированная наряду с другими ингредиентами. Продукты обладает свойствами, необходимыми для эффективного восстановления запасов железа в организме человека [146,172,176].
Физико-химические свойства и биологическая ценность рецептурно-компонентных вариантов БЖЭ
Исследование микроструктуры сырья проводили гистоморфологиче-ским методом по ГОСТ 19496 и в соответствии с рекомендациями. [10,25] Определение фракционного состава белков Фракционный состав белков определяли последовательным экстрагированием водо-, соле- и щелочерастворимых белковых фракций соответственно дистиллированной водой, солевым раствором Вебера и раствором гидроксида натрия с массовой долей 10 % с последующим количественным определением белка с биуретовым реактивом [10,25.]
Метод основан на образовании окрашенного в фиолетовый цвет комплекса в результате взаимодействия пептидных связей белков и пептидов с ионами двухвалентной меди в щелочной среде. Концентрацию белка в растворах определяли по калибровочному графику, построенному для растворов сывороточного альбумина. Определение масс-молекулярных фракций белков Определение суммарных молекулярных фракций белков, пептидов, аминокислот в продуктах проводили, пользуясь методом ступенчатого осаждения [5,10,25].
Навеску продукта (20 г) помещали в стаканы вместимостью 50 см3, вносили 10 см3 раствора ТХУ с массовой долей 60 % для осаждения белков. Через 20 мин выпавшие в осадок белки отфильтровывали на бумажном фильтре, промывали 10 см3 раствора ТХУ с массовой долей 5 %. Полученный фильтрат использовали для определения суммы пептидов и аминокислот. Оставшийся на фильтре осадок белка растворяли в растворе NaOH молярной концентрацией 0,1 моль/дм3, конечный объем 25 см3. Аликвотную часть белкового раствора (10 см3) использовали для проведения биуретовой реакции. К 10 см3 раствора добавляли 3 см3 раствора КОН с массовой долей 17 %, 2 см3 раствора CuSO4 с массовой долей 20 % и объем доводили до 25 см3 раствором КОН с массовой долей 5 %.
После тщательного перемешивания смесь центрифугировали при 50 с-1 в течение 10 мин. Оптическую плотность надосадочной жидкости определяли на фотоэлектроколориметре КФК-2 при длине волны X = 570580 нм.
В фильтрат, полученный после осаждения белков, вносили 1 см3 концентрированной серной и 6 см3 раствора фосфорновольфрамовой кислоты с массовой долей 25 %. Выпавший через 24 ч осадок отфильтровывали на бумажном фильтре и промывали 15 см3 раствора H2SО4 с массовой долей 5 %. Фильтрат использовали для определения содержания свободных аминокислот.
Осадок пептидов растворяли с помощью раствора NaОН молярной концентрацией 0,1 моль/дм3, конечный объем 25 см3. К 10 см3 раствора добавляли 3 см3 раствора КОН с массовой долей 17 %. После тщательного перемешивания смесь центрифугировали при 50 с-1. Оптическую плотность надосадочной жидкости измеряли в описанных выше условиях. Расчет массовой доли белков и пептидов (Х, %) проводили по формуле: Х 100 , (2.11) 2,65-а где D – оптическая плотность раствора; a – объем исследуемой смеси, см3;
Из 50 см3 фильтрата, полученного после осаждения пептидов, отбирали пробы по 2,5 см3, доводили рН в них до 6,57,0 раствором NaОН молярной кон центрацией 1 моль/дм3. Затем объем проб доводили до 5 см3 дистиллированной водой, после чего к 1 см3 нейтрализованного фильтрата добавляли 0,5 см3 нин-гидринового реактива, приготовленного на монометиловом эфире этиленгликоля с добавлением хлористого олова.
Нингидриновую реакцию проводили [138] в пробирках на водяной бане при температуре кипения в течение 20 мин. Объем пробы доводили до 10 см3 дистиллированной водой. Оптическую плотность измеряли в описанных выше условиях. Массовую долю аминокислот (Х, %) рассчитывали по формуле: Х= 27-9D10, (2.12) где D - оптическая плотность; a - объем исследуемой смеси, см3.
Аминокислотный состав исследовали методом ионообменной хроматографии на автоматическом аминокислотном анализаторе марки ААА-Т333 (Чехия). Разделение аминокислот проводили на аналитической колонке, заполненной катионообменной смолой “Ostion LGFA” со ступенчатым элюированием тремя натрий-цитратными буферными растворами с различным значением pH (3,50; 4,25; 9,50) [5,10].
Массовую долю аминокислот (X, % к сухому веществу) рассчитывали по формуле: X = (Sn-M-50-10-10).(Ssrm), (2.13) где Sn - площадь пика соответствующей аминокислоты на полученной аминограмме, см2; M - молекулярная масса аминокислоты; 50 - объем раствора, полученный после кислотного гидролиза, см3; 10-10 - концентрация аминокислоты в стандартном растворе, моль/ дм3; Sst - площадь пика стандартного раствора аминокислоты, см2; m - масса навески образца, г. Массовую долю железа определяли по методу [5,59], а также на атомно-абсорбционном спектрофотометре ААС-703 (фирмы Перкин-Ельмер, США), в соответствии с инструкцией к прибору. Расчет вели по формуле: X = — .100, (2.14) BC где Х – массовая доля железа, мкг%; А – массовая доля железа по калибровочной кривой, мкг; V – объем раствора золы, см3; В – объем крови, см3; С – объем раствора, взятого на анализ, см3. Для спектрофотометрического определения навеску эмульсии – 5 см3 высушивали при 100110 оС в течение 23 ч, сжигали в муфельной печи при 500 оС в течение 45 ч. Зольный остаток растворяли 20 % HCl в количестве 11,5 см3, выдерживали 4060 мин. Количественно переносили в мерные центрифужные пробирки, объем доводили до 10 см3, центрифугировали в течение 15 мин при 3000 с-1.
Микробиологические показатели и оценка безопасности поликомпонентных БЖЭ на биотестах
По результатам визуальной оценки цвета, однородности структуры, содержанию белка и жира наилучшими показателями обладают восемь образцов с куриной шкуркой: 13, 14, 21, 24, 25, 26, 27, 28 и 4 образца со свиной:13, 14, 25, 26. Остальные образцы имели неоднородную структуру, наблюдалось отделение фракций жира на поверхности.
Результаты изучения эмульгирующей способности экспериментальных образцов и их стабильности представлены на рисунке 30.
Анализируя данные рисунка 3.3.1, можно сделать вывод о высокой эмульгирующей способности ( 85 %) и стабильности полученных эмульсий ( 80 %) практически всех отобранных вариантов. При использовании свиной шкурки более высокая стабильность эмульсий (СЭ) отмечалась в рецептурах с использованием растительных компонентов - нута и жмыха амаранта.
Количественная оценка жиров и белков в эмульсиях представлена в таблицах 3.3.1, 3.3.2. Содержание белка в отобранных вариантах составило 16,9-20,5 %, а жира -не более 3,34-11,9 %.
Следует отметить, что содержание белка находится в прямой зависимости от количества крови в рецептурах. По содержанию жира эмульсии являются низкожирным, т.к. этот показатель для эмульсий с куриной шкуркой не превышает 11,9 %, а для эмульсий со свиной шкуркой не более 6 %. Соотношение жира и белка в образцах эмульсий с куриной шкуркой приближено к оптимальному (1:5) и составляет 1:1,6-5 в образцах с куриной шкуркой и 1: 4 в образцах эмульсий со свиной шкуркой, что подтверждает целесообразность их применения в составе мясных систем.
Важную роль при определении технологической направленности применения эмульсий играет цвет, поэтому проведена оценка цвета предлагаемых эмульсий с использованием инструментальных методов (таблица 3.3.3. В первом столбце представлены образцы цвета эмульсий, в столбцах 2-4 введены количественные значения компонентного состава, в остальных столбцах – соответствующие параметры цветовых моделей).
При визуальной оценке эмульсий отмечено, что для всех эмульсий характерен ярко выраженный красный цвет, ввиду наличия в эмульсиях значительно содержания крови (от 30 до 70 %), за исключением образцов 27 и 28 с минимальным количеством крови. Таблица 3.3.3 – Цветовые характеристики образцов эмульсий со шкуркой куриной до термообработки
Методом экспертной оценки также было установлено, что на цветность образцов значительно влияет массовая доля шкурки куриной, гидрофуза подсолнечного, крови.
На рисунке 3.3.2 представлены зависимости цветометрических параметров образцов белково-жировых эмульсий от концентраций компонентов, изменений цветовых компонентов модели RGB, изменения цветовых параметров модели HLS.
Результаты анализа данных свидетельствуют о наибольшем влиянии концентрации крови на яркость образцов эмульсий и комплексном влиянии концентрации крови и массовой доли шкурки на оттенок эмульсий.
Параметром, который в наибольшей степени влияет на яркость, т.е. имеющим максимальный угол наклона зависимости, является S – светлота, но его использовать в качестве аргумента целевой функции нельзя, т.к. зависимость нелинейна (в). Поэтому, в качестве оптимизируемого параметра можно рекомендовать яркость L (или I), которая должна быть максимальна, и цвет продукта H, который должен лежать в интервале 25-35 единиц.
На основании исследований установлено, что яркость эмульсий прямо пропорциональна концентрации гидрофуза подсолнечного и обратно пропорциональна концентрации крови.
Результаты оценки цвета, представленные в таблице 3.3.4, показывают, что не подвергнутые термообработке эмульсии со свиной шкуркой темнее, чем образцы с куриной шкуркой.
Данные графика (рисунок 3.3.3) показывают увеличение интенсивности компонент G и B в образцах эмульсий № 25 и № 26, при этом образец № 14 отличается минимальным содержанием красной компоненты R и более темным оттенком, что можно объяснить влиянием гидрофуза подсолнечного. В образцах № 25 и № 26 степень влияния гидрофуза подсолнечного несколько снижается за счет присутствия нута и жмыха амаранта.
Анализируя влияние содержания крови на показатели цветности, отмечено потемнение цвета эмульсий при увеличении доли крови в рецептурах, за исключением образца №13 (точка 1), где преобладает красная компонента R. Отклонение от линейности для образца №13, подтверждает, что отсутствие трех компонентов: гидрофуза подсолнечного, нута, жмыха амаранта, вызывает смещение окраски в сторону серого цвета и увеличение яркости
Увеличение содержания свиной шкурки в эмульсиях повышает яркость образцов, при этом яркость образцов № 13 (точка 1) и 25 (точка 3) заметно возрастает за счет увеличения зеленой компоненты. Для образца №25 это может быть связано с присутствием нута в рецептуре эмульсий.
Оценив влияние компонентов на цветовые характеристики эмульсий, следует отметить, что снижение красной компоненты может быть достигнуто уменьшением доли крови в рецептурах и введением гидрофуза подсолнечного, повышение яркости возможно при внесении нута.
Последовательным фильтрованием параметров цветовых моделей в порядке увеличения или уменьшения из значений определено, что лучше всего зависи 116 мость цвета образца в исследуемой системе определяется параметрами I - интенсивность, H – оттенок, L- яркость.
Для конечного определения зависимости цветности от исходных параметров – количественного соотношения компонентов рассчитывали уравнение линейной регрессии в виде полинома y=a1 x1+a2 x2+a3 x3+a0. (3.3.1)
Все приведённые регрессионные расчёты проведены с использованием встроенных средств табличного процессора.
Зависимость цвета от массовой доли компонента выражается регрессионным уравнением H = 1,288 x1 +0,199 x2 +0,011 x3 +5,244. (3.3.2) Среднеквадратичное отклонение составило 0,847, что говорит об адекватности уравнения. Расчетный критерий Фишера составил 0,959, что подтверждает высокую вероятность существования данной зависимости.
В случае регрессии по параметру b (относительно голубого цвета) среднеквадратичное отклонение составило 0,6, критерий Фишера 0,83. Таким образом, анализ регрессионной статистики разных цветовых моделей позволяет объективно выбрать наиболее представительные их параметры.