Використання колагенвмісної сировини у виробництві білково-жирових емульсій

Размещено на http://allbest.ru

Інститут продовольчих ресурсів НААН

Використання колагенвмісної сировини у виробництві білково-жирових емульсій

Войцехівська Л.І., к.т.н., зав. відділом технології м'ясних продуктів,

Франко О.В., к.т.н., заст. зав. відділом технології м'ясних продуктів,

Вербицький С.Б., к.т.н., зав. відділом

інформаційного забезпечення, стандартизації та метрології

Шелкова Т.В., н.с. відділу технології м'ясних продуктів

Недорізанюк Л.П., н.с., відділу технології м'ясних продуктів

Київ, Україна

Анотація

Використання колагенвмісної сировини у виробництві білково-жирових емульсій

Войцехівська Л.І., Франко О.В., Вербицький С.Б., Шелкова Т.В., Недорізанюк Л П.,

Предмет. Білково-жирова емульсія виготовлена з кутерованої свинячої шкурки, соєвого ізоляту, жиру-сирцю свинячого або яловичого та води.

Мета. Дослідити вплив способів модифікації колагенвмісної сировини на її функціонально-технологічні властивості, розробити технологію виробництва білково-жирової емульсії з обробленої свинячої шкурки.

Методи. Об'єктом досліджень були модифікована колагенвмісна сировина (кутерована свиняча шкурка), білково-жирова емульсія.

Масову частку білка визначали за вмістом загального азоту за К'єльдалем з наступною відгонкою аміаку; масову частку вологи - сушінням наважки до постійної маси при температурі 105°С; масову частку жиру - методом Сокслета - екстрагуванням зразків петролейним ефіром та сушінням жиру до постійної маси після випаровування розчинника; рН - потенціометрично; стійкість емульсії, емульгуюча здатність - шляхом вимірювання кількості жиру, що виділився в процесі центрифугування попередньо підготовленої емульсії після нагрівання при температурі 80°С та без нагрівання, органолептичні характеристики - візуально.

Результати. У процесі виконання досліджень визначено функціонально-технологічні властивості кутерованої свинячої шкурки з метою подальшого її використання, зокрема у складі білково-жирових емульсій та складено рецептури білково-жирової емульсії.

Обґрунтовано і розраховано оптимальний склад білково-жирової емульсії, у яку включено білковий стабілізатор, соєвий ізолят жир свинячий або яловичий, воду. Розроблено технологію виробництва білково-жирової емульсії. Сфера застосування результатів.

Розроблено технологічну інструкцію на виробництво білково-жирової емульсії для м'ясних продуктів.

Ключові слова: колагенвмісна сировина, свиняча шкурка, білково-жирові емульсії, функціонально-технологічні властивості, технологія білково-жирової емульсії.

Abstract

Use of collagen-containing raw materials in production of protein-fat emulsions

Liubov Voitsehivska, PhD, Engineering, Head of the Department of Technologies of Meat Products, Olena Franko, PhD, Engineering, Deputy Head of the Department of Technologies of Meat Products,

Sergii Verbytskyi, PhD, Engineering, Head of the Department of Informational

Support, Standardization and Metrology Tetyana Shelkova, Researcher of the Department of Technologies of Meat Products

Liana Nedorizanyuk, Researcher of the Department of Technologies of Meat Products Institute of Food Resources of NAAS, Kyiv, Ukraine

Subject. Protein-fat emulsion is made of pork skin processed in a meat cutter, soy isolate, crude pork or beeffat and water.

Purpose. To investigate the influence of methods of modification of collagen- containing raw materials on its functional and technological properties, to develop a technology for the production of protein-fat emulsion from processed pork skin.

Methods. The object of research was pork skin and protein-fat emulsion. The mass fraction of protein was determined by the content of total nitrogen according to Kjeldahl followed by the distillation of ammonia; mass fraction of moisture - by drying the probe to a constant mass at a temperature of 105°С; mass fraction of fat - by the Soxhlet method - by extracting the samples with petroleum ether and drying the fat to a constant weight after evaporation of the solvent; pH - by potentiometrical method; emulsion stability, emulsifying ability - by measuring the amount of fat released during centrifugation of the previously prepared emulsion after heating at the temperature of 80°C and without heating, sensorial characteristics - by panelists' examination.

Results. In the process of conducting research functional and technological properties of the pork skin processed in a meat cutter were determined for the purpose of its further use, in particular in the composition of protein-fat emulsions, and formulations of protein-fat emulsion were compiled. The optimal composition of the protein-fat emulsion, which includes a protein stabilizer, soy isolate, pork or beef fat, and water, was substantiated and calculated.

A technology for the production of protein-fat emulsion has been developed. Scopes of results. Technological instructions for the production of protein- fat emulsion for meat products have been developed.

Key words: collagen-containing raw materials, pork skin, protein-fat emulsions, functional and technological properties, protein-fat emulsion technology.

Вступ

Постановка проблеми. Для отримання стабільних структур емульгованих м'ясних систем науковцями та виробниками м'ясної промисловості обґрунтовано введення до їх складу речовин, що стабілізують структуру та доповнюють дію м'ясних білків.

Стабілізатор - це добавка, яка дозволяє зберегти однорідну суміш двох або більше речовин, що не змішуються, зокрема, води і жиру. Роль стабілізаторів виконують високомолекулярні речовини, розчинні тільки у водній фазі, завдяки наявності гідрофільних груп, більш менш рівномірно розподілених по всій довжині молекули. При розчиненні стабілізатора у воді її в'язкість і густота суттєво збільшуються, що ускладнює рух жирових кульок або крапель і перешкоджає їх злиттю. Особливе місце у виробництві м'ясних продуктів посідають білкові стабілізатори тваринного походження.

До важливих переваг тваринних білків можна віднести їх багатоцільове призначення, простоту у використанні, збереження властивостей в разі тривалого (до 1 року) зберігання в сухих приміщеннях без спеціальних режимів, можливість забезпечити за рахунок їх застосування збільшення виходу готової продукції та високу рентабельність виробництва.

Функціонально-технологічні властивості тваринних білків (вологоутримуюча, емульгуюча здатності та ін.) дозволяють використовувати їх за різним цільовим призначенням [1]:

- замість частини основної м'ясної сировини в рецептурах емульгованих м'ясних продуктів;

- у поєднанні з низькосортною м'ясною сировиною з метою поліпшення структури та функціонально-технологічних властивостей м'ясних емульсій, підвищення біологічної цінності готової продукції;

- у поєднанні з жировмісною сировиною (жир-сирець, шпик боковий, пашина, м'ясна обрізь та ін.) для стабілізації функціональних та якісних характеристик м'ясної сировини;

- для поліпшення реологічних та органолептичних властивостей (консистенції, пластичності, соковитості, зовнішнього вигляду), а також з метою запобігання утворенню бульйонно-жирових набряків та втрат під час термообробки;

- для виробництва високозасвоюваних функціональнихх білкових м'ясних продуктів із пониженим вмістом жиру, холестерину та достатньою енергетичною цінністю;

- з метою зниження витрат на виробництво та підвищення виходу готової продукції.

Створення прогресивних технологій виробництва білкових препаратів тваринного походження базується на глибоких знаннях особливостей тканинної структури, хімії, функціональних властивостей, харчової та біологічної цінності білків всіх вторинних продуктів та малоцінних відходів. Але відомості про комплексні властивості таких білків не систематизовані та вимагають узагальнення.

Проведений аналіз наявної літератури з даного питання свідчить про необхідність вивчення ресурсів вторинної колагенвмісної м'ясної сировини та розроблення раціональних технологій її використання. Наприклад, свиняча шкурка складає від 3% до 8% від живої маси свиней, тобто це значний ресурс сировини, яка поки що недостатньо використовується на харчові цілі [2].

При виготовленні м'ясних виробів велике значення має кількісний вміст білку в м'ясній системі. Від кількісного складу білка та умов середовища залежить ступінь стабільності м'ясних систем, рівень вологозв'язуючої здатності, розчинність, жиропоглинаюча та жироутримуюча здатність, а також поверхнево-активні властивості. На характер взаємодії системи білок-вода впливає розчинність білкових систем, концентрація, вид, склад білка, ступінь порушення нативної конформації, глибина денатураційних перетворень, наявність та концентрація солей в системі. Багато досліджень спрямовані на розроблення технології білкового стабілізатору з високими технологічними властивостями, який виготовляється із свинячої шкурки.

Розроблено технологію, яка передбачає наступні технологічні операції отримання білкового стабілізатору: очищення, подрібнення, варіння, знежирення, охолодження, тонке подрібнення та сушіння колагеновмісної сировини.

Свинячу шкурку варять протягом (6-8) годин, потім проводять вторинне тонке подрібнення і сушать за температури (70-80)°С. Використання отриманого білкового стабілізатора, при виготовленні м'ясних продуктів дозволяє компенсувати недоліки м'язових білків, отримати стійку структуру готових виробів, збільшити вихід готової продукції при одночасному зниженні витрат м'ясної сировини, стабілізувати якість, знизити втрати при термообробці, підвищити харчову та біологічну цінність м'ясних продуктів. [2].

Існує спосіб виробництва білкового стабілізатора, який включає очищення, знежирення вихідної колагенвмісної сировини, варіння, подрібнення на вовчку, гомогенізацію, охолодження. Варіння проводять протягом 2-4 годин, перед гомогенізацією додають бульйон в кількості 95-100%. Даний спосіб дозволяє отримати білковий стабілізатор з високими технологічними показниками (зокрема, пластичною структурою, високою вологоутримуючою здатністю та приємним смаком) при мінімальних енерговитратах [3].

Особливо ефективним напрямком використання колагенвмісної сировини є створення на її основі білково-жирових емульсій (БЖЕ). Поєднання тваринних білків з жировим компонентом забезпечує поліпшення функціонально-технологічних властивостей. Білково- жирові емульсії дозволяють не тільки заощаджувати м'ясну сировину, а й раціонально використовувати додаткові джерела білка і жировмісної сировини.

Перспективним напрямом отримання стійких емульсій є раціональне поєднання сировини рослинного (соєві препарати, пшеничне, рисове, кукурудзяне борошно, крупи, піддані екструзійній обробці) [4] та тваринного походження (субпродукти ІІ категорії, шкура домашньої птиці, свиняча шкура, кістковий залишок; м'ясо механічного дообвалювання; препарати крові та її фракції), молочно-білковою сировиною та препаратами на її основі [5] в технологіях м'ясних продуктів. Внесення емульсійних систем дозволяє не лише цілеспрямовано змінювати функціонально-технологічні властивості готової продукції, а й коригувати збалансованість есенціальних нутрієнтів, покращувати їх біозасвоюваність, забезпечуючи їх функціонально-оздоровчу спрямованість [6]. Відомий спосіб отримання БЖЕ, який передбачає змішування компонентів, кутерування в дві стадії з введенням білоквмісної речовини (гідролізат формених елементів крові) та кісткового жиру, гомогенізацію й охолодження. Білоквмісну речовину вводять на першій стадії кутерування разом з фосфатом, кістковий жир - на другій [7].

Широке розповсюдження отримали рецептури БЖЕ на основі вторинної колагенвмісної сировини.

Практичний досвід використання білкових емульсій на основі колагенвмісної вторинної сировини підтверджує їх високу ефективність у підвищенні емульгуючої здатності, зв'язуванні води (1:20) та жиру (Е15...20) з термостабільними якостями, що забезпечує зменшення втрат під час термічної обробки, збільшення виходу, покращення консистенції і соковитості продукту, зниження його собівартості. Крім того, сполучнотканинні білки (колаген і еластин) в організмі людини виконують функції харчових волокон [8-9]. Білково-жирову емульсію було виготовлено на основі білкового збагачувача з субпродуктів ІІ категорії, які пройшли біотехнологічну обробку ліофілізованими бактеріальними культурами прямого внесення, з наступним додаванням бамбукової клітковини - 10% в якості структуроутворюючого компоненту для підвищення в'язкості фаршу і пластичності, купажованої рослинної олії - 20% і крижаної води - 20% від маси білкового збагачувача. Охолоджену емульсію вносили у фарш м'ясних хлібів [10].

Відомий спосіб одержання мінерально-білково-жирової композиції, яка містить напівфабрикат кістковий харчовий, жир кістковий, сироватку крові великої рогатої худоби та емульгатор [11].

Розроблена композиція білково-жирової наноструктурованої емульсії для м'ясних продуктів [12]. До складу емульсії входять: рослинний білок (концентрат або ізолят), електрохімічно активна вода, суміш гідроколоїдів (карагенан, камедь ріжкового дерева, гуара, ксантана) та жировмісна сировина (шкурка свиняча варена).

Було розроблено БЖЕ зі збалансованим жирнокислотним складом. В склад емульсії входили: індичий та свинячий жир у співвідношенні 60% та 40%; молочний білок - казеїнат натрію «DairiCo», білок глобуліну крові «Vepro 95 HV» та індича шкурка. Було доведено, що рівень функціонально-технологічних властивостей емульсій прямо залежний від співвідношення таких компонентів, як казеїнат натрію, білок глобуліну крові, а також від кількості жировмісної сировини. Встановлено, що найкращі вологозв'язуючі і емульгуючі властивості композиції білків казеїнату натрію та Vepro 95 HV характерні для їхнього співвідношенні 1:1 і виявляються при рівні емульгування та гідратації 1:(23-24). Отримане композиційне співвідношення БЖЕ здатне забезпечити її стабільність на рівні (97,8-98,9)%. [13].

Відомий спосіб виробництва білково-жирової емульсії зі стабільними властивостями з колагеновмісної сировини, що включає очищення вихідної сировини, її знежирення, подрібнення на вовчку у декілька стадій, охолодження та кутерування з жиром. Як вихідну сировину використовували свинячу шкурку. За рахунок збереження функціональних властивостей колагену було отримано білково-жирову емульсію із сирої свинячої шкурки наділену високою водозв'язуючою і студнеутворюючою здатністю, яка виявляє позитивний вплив на структурно-механічні і реологічні властивості м'ясних емульсій, сприяє покращенню консистенції і зниженню термовтрат готової продукції [14]. Пасічним В. М. та ін. було розроблено технологію каротиновмісної білково-жирової емульсії для виготовлення напівфабрикатів, яка характеризувалась оптимальними значеннями вмісту вологи (70-76)%, високою харчовою цінністю за рахунок значної кількості в її складі білка, бетакаротину, харчових волокон, легкозасвоюваних жирів. Підтверджено доцільність її використання у технології м'ясомістких кулінарних напівфабрикатів, оскільки це дозволить покращити технологічні показники й підвищити біологічну цінність виробів, знизити собівартість і розширити асортимент оздоровчих продуктів для закладів ресторанного господарства та мережі роздрібної торгівлі [ 15].

Науково обґрунтовано використання білково-жирової емульсії в складі якої міститься: композиція яловичого та свинячого жирів (30:70), білковий стабілізатор із свинячої шкурки, білкові композиції AproGel EU і Vepro 95 НУ у співвідношенні 1:1, вода. Встановлено, що використання БЖЕ в кількості 15% в рецептурах шинки зі свинини в оболонці, в тому числі з сировини із ознаками PSE, сприяє формуванню густої консистенції реструктурованих м'ясопродуктів, покращенню органолептичних, фізико-хімічних, структурно-механічних характеристик продуктів та їх харчової та біологічної цінності [16].

Баль-Прилипко Л. та Гармаш О. дослідили використання БЖЕ у виробництві варених ковбасних виробів. На підставі виконаних досліджень було вдосконалено технологію варених ковбас з використанням білково-жирових емульсій. Встановлено, що застосування БЖЕ при виробництві варених ковбас, сосисок та сардельок дає змогу нормалізувати консистенцію готових продуктів, допомагає компенсувати відхилення у функціонально-технологічних властивостях жирної сировини та поліпшити якісні характеристики готових виробів [17].

В цьому ж напрямку працювали Новгородська Н. та Блащук В. [18], які використовували білково-жирову емульсію з Кат-про (торгова марка «Приборівські ковбаси» Липовецького району Вінницької області) у виробництві варених ковбас. Варені ковбаси готували за стандартною технологією, білково-жирову емульсію додавали перед закладанням у кутер жирної сировини і спецій. Закладка інгредієнтів у фарш проводилася в такій послідовності: свинина нежирна; розчин нітриту натрію; сіль; 1/3 води; білково-жирова емульсія; 2/3 води; спеції. Виготовлення варених ковбас із заміною 25% м'ясної сировини на білково-жирову емульсію з Кат-про, дозволяє підвищити вихід готової продукції на 2,5%.

Таким чином, спрямоване застосування білково-жирових емульсій при приготуванні м'ясних систем дозволяє компенсувати відхилення в функціонально-технологічних властивостях основної сировини, забезпечити залучення у виробництво харчових продуктів прототипів білоквмісної сировини і вивільнити частину високоякісної м'ясної сировини, поліпшити якісні характеристики готової продукції, знизити собівартість продукції, що виробляється. стабілізатор білковий харчовий свинячий шкурка

Мета роботи - дослідити вплив способів модифікації колагенвмісної сировини (свинячої шкурки) на її функціонально-технологічні властивості, розробити технологію виробництва білково-жирової емульсії з використанням свинячої шкурки.

Матеріали та методи. Об'єктом досліджень були колагенвмісна сировина (свиняча шкурка), білково-жирова емульсія. Масову частку білка визначали за вмістом загального азоту за К'єльдалем з наступною відгонкою аміаку; масову частку вологи - сушінням наважки до постійної маси при температурі 105°С; масову частку жиру - методом Сокслета; рН - потенціометрично; стійкість емульсії, емульгуюча здатність - шляхом вимірювання кількості жиру, що виділився в процесі центрифугування попередньо підготовленої емульсії після нагрівання при температурі 80°С та без нагрівання; органолептичні характеристики - візуально.

Результати досліджень

М'ясна галузь має значні об'єми колагенвмісної сировини. Низький ступінь її використання в традиційних технологіях м'ясної промисловості пов'язаний зі специфічністю структури і неефективністю технологічних прийомів, які б мали поліпшити органолептичні характеристики і забезпечити модифікацію функціонально-технологічних властивостей.

Розвиток та поглиблення знань про структуру колагену сприяв виникненню методів, які вибірково руйнують зв'язки та стабілізують зазначену структуру і одночасно, в різній мірі зберігають молекулярну організацію цього білка. Після такої модифікації колагенвмісна сировина може бути використана при виробництві м'ясних виробів.

Способи попередньої обробки сировини можуть бути поєднані у наступні групи: механічні (наприклад, подрібнення, направлені на зниження механічної міцності сировини внаслідок часткового руйнування структурних елементів), фізичні (передбачають обробку сировини з використанням різних фізичних факторів, зокрема температури), хімічні (передбачають обробку сировини у розчинах хімічних речовин (кислот і лугів) з наступною нейтралізацією) та ін.

Отже, для руйнування морфологічної структури необхідним є подрібнення колагенвмісної сировини, зокрема свинячої шкурки. За даними [2] зі збільшенням ступеня подрібнення, свиняча шкурка набуває гомогенної структури і перетворюється на емульсію.

Цей процес досить тривалий і супроводжується певним підвищенням температури сировини, що обробляється. При цьому важливо забезпечити не тільки відповідну ступінь подрібнення, але й збереження бажаних функціональних властивостей, а саме високої водоутримуючої і емульгуючої здатності, і отже, підвищення спроможності колагену створювати стійку емульсію. Є різні відомості щодо оптимального температурного режиму подрібнення свинячої шкурки.

Так, Кишенко І. встановлено, що швидкість та ступінь розпаду колагену при нагріванні під час кутерування різко зростає зі збільшенням ступеня подрібнення [19].

Температура плавлення молекули колагену свинячої шкурки знаходиться в межах (25- 35)°C в залежності від різних факторів, зокрема від анатомічного розташування ділянок свинячої шкурки, категорії вгодованості, віку тварини.

Під час нагрівання до температури вище верхньої границі фізичні властивості білка різко змінюються. Це пов'язано з тим, що досягається температура, за якої тепловий рух долає силу, що стабілізує трьохспіральну структуру молекули колагену, і вона починає руйнуватися, відбувається падіння в'язкості маси, що подрібнюється.

Тобто, ступінь подрібнення повинен бути достатнім для руйнування морфологічної структури сполучної тканини з цією метою доцільно використовувати кутер або емульситатор [20]. За умови збереження гідрофільних функціональних груп, які належать боковим ланцюгам амінокислот і додатковим пептидним зв'язкам відбувається посилення гідрофільних властивостей продуктів і руйнування структури колагену. Якщо ступінь руйнування надто великий, навпаки йде погіршення функціональних характеристик. Такий продукт втрачає функціональне значення як структуроутворювач.

Враховуючи вищезазначене, визнано за доцільне кутерувати свинячу шкурку в декілька етапів, використовуючи при цьому лід для зниження температури. Кількість льоду визначали дослідним шляхом, вона складала (100±10)% від маси шкурки.

Основною метою кутерування було надання продукту в'язкої однорідної консистенції з паралельним контролюванням температури суміші. При цьому лід додавали частинами по мірі підвищення температури суміші на першому етапі до (25-35)°C, а на другому - до (15- 16)°C, щоб отримати гарантовано високу якість.

За рахунок збереження функціональних властивостей колагену з одночасною модифікацією структури шкурки отримали гомогенізований продукт, характеристика якого представлена порівняно з продуктом, подрібненим на вовчку з отворами решітки (2-3) мм (табл. 1).

Таблиця 1