СОЗДАНИЕ ОБОГАЩЕННОЙ БЕЛКОВО-ЖИРОВОЙ ЭМУЛЬСИИ ДЛЯ МЯСОПРОДУКТОВ
Рубрики: ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Авторы:
1.
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления
Улан-Удэ, Россия
Улан-Удэ, Россия
2.
ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления»
3.
ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления»
Тип:
Статья
Страницы:
с 55
по 61
Статус:
Опубликован
Получено:
30.06.2016
Одобрено:
30.06.2016
Опубликовано:
30.06.2016
Классификаторы:
УДК 664.314.6
УДК 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
УДК 60 Прикладные науки. Общие вопросы
УДК 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
УДК 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
Эмульсия, белково-жировая композиция, мясопродукты, йод, технология, обогащение
Аннотация (русский):
Йод имеет важное значение для жизни и здоровья человека. Однако Россия практически на всей территории является эндемичной по йоду. Особенно опасен недостаток йода для детей и пожилых людей. В этой связи обоснована необходимость создания новых продуктов массового потребления, обогащенных йодом. В качестве объекта йодирования выбраны белково-жировые эмульсии для мясопродуктов, в рецептуры которых входят различные виды сырья животного и растительного происхождения. Представлены теоретические предпосылки для связывания йода компонентами эмульсий: белковая составляющая (молоко сухое, соевый белковый изолят, казеинат натрия) содержит достаточное количество тирозина, фенилаланина, пролина, а жировой компонент - подсолнечное масло - полиненасыщенные жирные кислоты. С помощью симплекс-метода линейного программирования спроектированы оптимальные рецептуры белково-жировых эмульсий с высокими функционально-технологическими свойствами (стабильность 92-95 %) и максимальной степенью связывания йода (до 86 отн. %). Экспериментально установлено, что для максимального связывания йода полученными эмульсиями необходима выдержка в течение 24 ч при температуре не выше 4 °С. По результатам экспериментальных исследований разработана технология производства йодированных эмульсий для мясных продуктов.
Йод имеет важное значение для жизни и здоровья человека. Однако Россия практически на всей территории является эндемичной по йоду. Особенно опасен недостаток йода для детей и пожилых людей. В этой связи обоснована необходимость создания новых продуктов массового потребления, обогащенных йодом. В качестве объекта йодирования выбраны белково-жировые эмульсии для мясопродуктов, в рецептуры которых входят различные виды сырья животного и растительного происхождения. Представлены теоретические предпосылки для связывания йода компонентами эмульсий: белковая составляющая (молоко сухое, соевый белковый изолят, казеинат натрия) содержит достаточное количество тирозина, фенилаланина, пролина, а жировой компонент - подсолнечное масло - полиненасыщенные жирные кислоты. С помощью симплекс-метода линейного программирования спроектированы оптимальные рецептуры белково-жировых эмульсий с высокими функционально-технологическими свойствами (стабильность 92-95 %) и максимальной степенью связывания йода (до 86 отн. %). Экспериментально установлено, что для максимального связывания йода полученными эмульсиями необходима выдержка в течение 24 ч при температуре не выше 4 °С. По результатам экспериментальных исследований разработана технология производства йодированных эмульсий для мясных продуктов.
Ключевые слова:
Эмульсия, белково-жировая композиция, мясопродукты, йод, технология, обогащение
Эмульсия, белково-жировая композиция, мясопродукты, йод, технология, обогащение
Введение Здоровье и благополучие человека во многом зависят от питания. Питанию принадлежит ведущая роль в обеспечении нормального роста и развития организма, защите его от болезней и вредных воздействий, поддержании активного долголетия. Среди пищевых факторов, имеющих особое значение для здоровья человека, важнейшая роль принадлежит полноценному и регулярному снаб-жению его организма всеми необходимыми микро-нутриентами: витаминами и жизненно важными минеральными веществами [1]. Обогащать следует прежде всего продукты мас-сового потребления, доступные всем группам дет-ского и взрослого населения и регулярно использу-емые в повседневном питании. Важное значение для жизни и здоровья человека имеет такой микронутриент, как йод [2]. Его дефицит в питании является одной из актуальных проблем нутрициологии. Задача в восполнении дефицита йода может быть частично решена путем обогащения им мясных продуктов. Йод относится к группе веществ, которые по-стоянно содержатся в живых организмах, включа-ются в обмен веществ, входят в состав биологиче-ски активных соединений и являются незаменимы-ми. Щитовидная железа не может работать без до-статочного количества йода в организме, поскольку он является неотъемлемым компонентом ее гормонов. Она играет важную роль в организме: активно захватывает йод из крови, создает его запасы, образует и выделяет тиреоидные гормоны. В организме нет такого органа или системы, которые бы в них не нуждались. Они играют важную роль в жизнедеятельности человека любого возраста, особенно в период внутриутробной жизни и раннего детского возраста. Гормоны щитовидной железы выполняют следующие функции: регулируют процессы разви-тия, созревания, специализации и обновления по-чти всех тканей организма, обеспечивают нормаль-ный энергетический обмен, стимулируют образо-вание белка (анаболический эффект), что приводит к ускорению роста, участвуют в обмене углеводов, жиров и витаминов, снижают уровень холестерина в крови, положительно влияют на иммунную си-стему [3]. Безусловно, для ликвидации йодной недоста-точности прежде всего необходимы источники ор-ганического йода [4]. В этой связи нами была ис-следована возможность йодирования белково-жировой эмульсии (БЖЭ) для мясопродуктов. Доказано, что йод может образовывать много-образные формы химических соединений с разны-ми валентными состояниями атома в зависимости от окислительно-восстановительных условий и наличия веществ, с которыми галоген способен вступать в реакции. Прочные химические соедине-ния йода образуются при взаимодействии с амино-кислотами - тирозином, фенилаланином и проли-ном [5]. Тирозин и фенилаланин содержат в своем аро-матическом кольце аминогруппу (NH2), которая относится к ориентантам 1-го рода, стимулирую-щим процесс галогенирования. Литературные данные по содержанию амино-кислот, способных присоединять йод, в основных белковых компонентах эмульсии представлены в табл. 1. Таблица 1 Содержание фенилаланина и тирозина в белковых компонентах БЖЭ Содержание Молоко сухое обезжиренное Соевый белковый изолят Казеинат натрия Свиная шкурка Белок, % 37,9 92,0 85,0 11,5 (в т.ч. коллаген 6,3) Аминокислоты, г на 100 г белка: Фенилаланин 4,7 5,1 4,4 3,5 Тирозин 5,5 3,5 4,7 1,0 Метионин - 2,6 - 1,6 Профессором Ю.Н. Ереминым было показано, что не менее прочные соединения образуются при взаимодействии йода с полиненасыщенными жир-ными кислотами (ПНЖК). Двойная связь, содер-жащая π-электроны, легко поляризуема и обладает электронодонорными свойствами, т.е. является нуклеофилом. Двойная связь склоняет молекулу к взаимодействию с электофилами и способствует реакции присоединения по двойной связи без раз-рушения углеродного скелета. Молекула йода под действием π-электронов по-ляризуется, и один из ее атомов, приобретая ча-стично положительный заряд, становится электро-филом и захватывается π-электронами (π-комплекс). В π-комплексе происходит дальнейшая поляризация и гетеролитическое расщепление свя-зи галоген-галоген. В результате возникает галоге-нид-анион и циклический катион галогенония, ко-торые взаимодействуют с образованием дигалоген-производного. ПНЖК, присоединяя к себе йод, легко переносят его через стенки кишечника, однако для даль-нейшего их усвоения и высвобождения йода необ-ходима аминокислота - метионин. Поскольку БЖЭ содержит в необходимом количестве аминокислоты тирозин, фенилаланин и метионин и ненасыщенные жирные кислоты, то эмульсии могут быть оптимальным продуктом для йодирования. Объекты и методы исследований На основании закономерностей связывания йода жировыми и белковыми компонентами представлялось целесообразным разработать рецептуры БЖЭ, которые учитывали бы наряду с функциональными свойствами и способность к связыванию йода каждым ее компонентом. Объектами исследования служили: белковая часть эмульсий - это сухое обезжиренное молоко, казеинат натрия, соевый белковый изолят, свиная шкурка, а жировая - подсолнечное масло. Введение в эмульсию растительного масла обусловлено его высокой биологической эффективностью, обеспечивающейся витаминами A, D и значительным содержанием ПНЖК - до 90 %. В эмульсию, кроме белковых добавок и масла, был введен полисахарид - каррагинан Bengel MBF. Высокие функциональные свойства каррагинанов в сочетании с экономической эффективностью поз-воляют широко использовать их в различных мясо-продуктах. Для получения достоверных результатов экспе-риментальной части работы применяли общепри-нятые и стандартные методы исследования. При оптимизации состава белково-жировых эмульсий был использован симплекс-метод линейного про-граммирования. Химический состав компонентов, функционально-технологические показатели и аминокислотный состав эмульсий определяли при помощи методов, описанных в [6]. Содержание йода выявлено по ГОСТ 26185-84. Содержание основных пищевых компонентов эмульсии и их химический состав представлены в табл. 2. Таблица 2 Химический состав компонентов эмульсий Компоненты Белок, % Жир, % Влага, % Зола, % Углеводы, % Соевый белковый иззолят 92,0 0,3 6,0 1,6 0,1 Казеинат натрия 85,0 1,2 6,0 6,8 1,0 Подсолнечное масло 0,0 99,9 0,1 0,0 0,0 Сухое обезжиренное молоко 40,0 1,2 4,0 2,8 52,0 Свиная шкурка 11,5 19,0 68,0 1,5 0,0 Каррагинан 2,0 0,0 12,1 22,5 63,4 Результаты и их обсуждение Главным и общим принципом создания любого нового вида продукта является достижение макси-мально возможного уровня пищевой полноценно-сти. В связи с этим для получения оптимальных вариантов БЖЭ, предназначенных для йодирова-ния, использовали симплекс-метод линейного про-граммирования. Для решения поставленной задачи и сбора исходных данных была составлена эконо-мико-математическая модель рецептурной смеси. Критериями оптимальности являлись соотношения коэффициентов белок : жир, белок : влага и макси-мальная степень связывания йода. При использова-нии в качестве функции цели того или иного кри-терия оптимальности соответствующее ограниче-ние исключалось из модели. Условия оптимального состава БЖЭ в математической модели описываются в виде системы неравенств, в которые введены следующие обозначения: х1 - соевый белковый изолят; х2 - подсолнечное масло; х3 - вода; х4 - казеинат натрия; х5 - сухое обезжиренное молоко; х6 - свиная шкурка; х7 - каррагинан. При составлении математической модели ре-цептурной задачи учитывался химический состав, соотношения белок : жир, белок : влага; функцио-нально-технологические свойства (ФТС) компо-нентов эмульсии. Ограничения системы неравенств представлены в табл. 3. Комплексная модель рецептуры БЖЭ представ-лена следующей системой неравенств: 8,0 ≤ 92,0 х1 + 85 х4 + 40 х5 +11,5 х6 +2,0 х7 ≤ 11,0 40,0 ≤ 0,3 х1 + 99,9 х2 + 1,2 х4 + 1,2 х5 + 19 х6≤ 45,0 40,0 ≤ 6,0 х1 + 0,1 х2 + 100,0 х3 + 6,0 х4 +4,0 х5+ + 68,0 х6 +12,1 х7 ≤ 45,0 0,5 ≤ 1,6х1 + 6,8 х4 + 2,8 х5 + 1,5 х6 +22,5 х7 ≤ 1,0 4,0 ≤ 0,1 х1 + х4 + 52,0 х5 + 63,4 х7 ≤ 6,5 65,0 ≤ 10,0 х1 + 47,0 х2 + 12,0 х4 + 15,0 х5 + 11 х6 + + 30,0 х7 ≤ 100,0 4,0 ≤ 0,003 х1 + 0,01 х4 +0,003 х5 + 1,65 х6 ≤ 5,0 В этих системах: 1 - содержание белка в компо-нентах, рекомендуемых в состав рецептуры компо-зиций, %; 2 - содержание жира, %; 3 - содержание влаги, %; 4 - содержание золы, %; 5 - содержание углеводов, %; 6 - степень связывания йода, %; 7 - коэффициент жир : белок. Таблица 3 Ограничения математической модели рецептур БЖЭ Показатель Содержание min max Массовая доля белка, % 8,0 11,0 Массовая доля жира, % 40,0 45,0 Массовая доля влаги, % 40,0 45,0 Массовая доля золы, % 0,5 1,0 Массовая доля углеводов, % 4,0 6,5 Степень связывания йода, % 65,0 100,0 Коэффициенты: жир : белок 4,0 5,0 белок : влага 4,5 5,0 Для упрощения в этих неравенствах введено обозначение х = хi / 100, где i = 1÷5. При этом получается следующее естественное условие получения единицы продукции: х1 + х2 + х3 + х4 + х5 + х6 + х7 = 1,0 Функции цели для БЖЭ имели следующий вид: F ц1 (степень связывания йода) = 10,0 х1 + + 47,0 х2 + 12,0 х4 + 15,0 х5 + 11,0 х6 + 30,0х7 → max F ц2 (белок : влага) = 0,06х1 + 0,07 х4 + 0,1х5 + + 5,9 х6 + 6,05х7 → max Оптимальные варианты рецептур представлены в табл. 4. Решение неравенств позволило получить вари-анты БЖЭ с содержанием белка 8,5÷10 %, жира 44,0÷49 % и влаги на уровне 45 %. Полученные модели БЖЭ-1, БЖЭ-2 при оптимальных соотно-шениях белка, жира и влаги (1:4:5) обладали высо-кой стабильностью - 92÷95 %. Данный показатель, как известно, в наибольшей степени определяет качество эмульсий и обусловливает оптимальное развитие их влагосвязывающей, водоудерживаю-щей и жироудерживающей способностей. Таблица 4 Оптимальные рецептуры и качественные показатели белково-жировых композиций Компоненты Номер вариантов 1 2 3 4 5 Соевый белковый изолят + + + + + Казеинат натрия - + - - - Сухое обезжиренное молоко - - + - + Шкурка свиная - - - - + Каррагинан - - - + - Масло подсолнечное + + + + + Вода питьевая + + + + + Показатели Массовая доля белка, % 10,10,4 10,00,5 9,30,4 8,30,5 9,00,4 Массовая доля жира, % 44,20,2 44,10,2 45,50,3 44,70,4 49,10,3 Массовая доля влаги, % 45,50,5 45,40,5 40,10,4 45,10,5 45,50,4 Стабильность, % 94,9±0 ,9 92,3±0,7 85,2±0,8 95,0±0,9 88,7±0,8 Соотношения белок : жир 1,0 : 4,4 1,0 : 4,4 1,0 : 4,9 1,0 : 5,4 1,0 : 5,5 белок : влага 1,0 : 4,5 1,0 : 4,5 1,0 : 4,3 1,0 : 5,4 1,0 : 5,1 Фенилаланин + тирозин, г 0,94 1,01 1,53 0,76 1,34 В зависимости от вида и качества белка, используемого в составе БЖЭ, содержание фенилаланина и тирозина варьирует в пределах 0,8÷1,5 г в 100 кг БЖЭ. Количество тирозиновых остатков в йодируемом белке определяет его предельное насыщение йодом. Способность связывания йода оптимальными вариантами эмульсий изучали на модельных опы-тах (БЖЭ-1 - БЖЭ-5) в течение 24÷26 ч с перио-дичностью отбора проб в 2 ч (рис. 1). Аппроксимационная зависимость выражена следующими уравнениями регрессии: у (БЖЭ-1) = -0,475x2 +12,169x + 6,7527 с достоверной вероятностью R2 = 0,9917; у (БЖЭ-2) = -0,4923x2 +12,417x + 7,444 с достоверной вероятностью R2 = 0,9917; у (БЖЭ-3) = -0,5279x2 +12,955x + 7,7648 с достоверной вероятностью R2 = 0,9906; у (БЖЭ-4) = -0,3036x2 +9,3538x + 8,2626 с достоверной вероятностью R2 = 0,9912; у (БЖЭ-5) = -0,2229x2 +7,3643x +10,974 с достоверной вероятностью R2 = 0,993; где у - содержание йода, отн. %; x - продолжительность выдержки, ч. Рис. 1. Динамика накопления йода в белково-жировых эмульсиях Установлено, что все рассчитанные варианты БЖЭ связывают не менее 65 % йода. Наибольшее его количество - 84÷86 отн. % содержится в БЖЭ-1, БЖЭ-2 и БЖЭ-3. Относительно высокое содержание йода в БЖЭ-4 (78 %), которая включает полисахарид - карраги-нан, можно объяснить образованием прочных геле-вых структур, удерживающих йод внутри каркаса. На основании экспериментальных данных уста-новлено, что для максимального связывания йода БЖЭ необходима выдержка в течение 24 ч при t = 0÷4 °С. Оптимальные условия йодирования спо-собствуют связыванию йода эмульсией в пределах 65÷85 отн. %. Особый интерес представляли результаты функционально-технологических свойств (ФТС) йодированных композиций. Установлено, что по истечении 24 ч хранения основные ФТС всех об-разцов эмульсий были приемлемыми для использо-вания их в мясоперерабатывающей промышлен-ности. Сопоставляя данные ФТС и степень связывания йода эмульсиями, можно сделать вывод, что наибо-лее предпочтительны для использования в колбас-ном производстве варианты рецептур йодирован-ных БЖЭ-1, БЖЭ-2 и БЖЭ-4. С учетом полученных экспериментальных орга-нолептических характеристик, ФТС была разрабо-тана технология йодированных белково-жировых эмульсий, которая представлена на рис. 2. Рис. 2. Технологическая схема приготовления йодированных белково-жировых композиций Таким образом, нами был выполнен анализ свойств компонентного состава БЖЭ и механизма связывания йода ими. Учитывая это, разработана оптимизационная модель рецептурной задачи, ко-торая позволила получить оптимальные варианты эмульсий со стабильными свойствами и высокой степенью связывания йода. На основании экспери-ментальных исследований предложена технология йодирования белково-жировых эмульсий сложного состава.
1. 1. Спиричев, В.Б. Обогащение пищевых продуктов микронутриентами: научные подходы и практические решения / В.Б. Спиричев, Л.Н. Шатнюк // Пищевая промышленность. - 2003. - № 3. - C. 10-13.
2. 2. Микронутриенты в питании здорового и больного человека / В.А. Тутельян, В.Б. Спиричев, Б.П. Суханов,
3. В.Л. Кудашева. - М.: Колос, 2002. - 424 с.
4. 3. Лескова, С.Ю. Разработка технологии йодированных белково-жировых эмульсий для производства вареных колбас: дис. ... канд. техн. наук: 05.18.04: защищена 26.04.05 / С.Ю. Лескова. - Улан-Удэ: ВСГТУ, 2005. - 121 с.
5. 4. Лисицын, А.Б. «Йод-альгинат» - структурированный наполнитель для мясных рубленых изделий / А.Б. Лисицын, Е.В. Литвинова // Мясная индустрия. - 2007. - № 5. - С. 18.
6. 5. Сухинина, С.Ю. Гигиенические аспекты разработки пищевого продукта для профилактики йодной недостаточности: автореф. дис. … канд. техн. наук / С.Ю. Сухинина. - Кемерово, 1995.
7. 6. Антипова, Л.В. Методы исследования мяса и мясопродуктов: учеб. для вузов / Л.В. Антипова, И.А. Глотова,
8. И.А. Рогов. - М.: Колос, 2001. - 376 с.
