CREATON OF ENRICHED PROTEIN-AND-FAT EMULSION FOR MEAT PRODUCTS
Rubrics: FOOD PRODUCTION TECHNOLOGY
Authors:
1.
East Siberia State University of Technology and Management
Ulan-Ude, Russian Federation
Ulan-Ude, Russian Federation
2.
East Siberian State University of Technologies and Management
3.
East Siberian State University of Technologies and Management
Type:
Article
Pages:
from 55
to 61
Status:
Published
Received:
30.06.2016
Accepted:
30.06.2016
Published:
30.06.2016
Subject area:
UDK 664.314.6
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Language:
Russian
Keywords:
Emulsion, protein-and-fat composition, meat products, iodine, technology, enrichment
Abstract (English):
Iodine is crucial to human life and health. However, almost the whole territory of our country is endemic in terms of iodine. Moreover, iodine deficiency is particularly dangerous for children and the elderly. In this connection, the necessity of creating new products of mass consumption, fortified with iodine is substantiated. Protein-and-fat emulsions for meat products having various kinds of raw materials of animal and vegetable origin in their formulae have been chosen as the object of iodization. The theoretical background for binding iodine with components of emulsions is presented: a protein component (milk powder, soy protein isolate, sodium caseinate) contains a sufficient amount of tyrosine, phenylalanine, proline, and a fat component contains polyunsaturated (sunflower oil) fatty acids. With the help of a simplex - method of linear programming the optimum formulae of protein-and-fat emulsions with high functional and technological properties (stability 92-95%) and the maximum degree of binding of iodine (up to 86% rel.) have been designed. It was established experimentally that the maximum binding of iodine with obtained emulsions, a holding for 24 hours at a temperature not exceeding 4 °C is required. Basing on the results of experimental studies the technology for production of iodized emulsions for meat products has been developed.
Iodine is crucial to human life and health. However, almost the whole territory of our country is endemic in terms of iodine. Moreover, iodine deficiency is particularly dangerous for children and the elderly. In this connection, the necessity of creating new products of mass consumption, fortified with iodine is substantiated. Protein-and-fat emulsions for meat products having various kinds of raw materials of animal and vegetable origin in their formulae have been chosen as the object of iodization. The theoretical background for binding iodine with components of emulsions is presented: a protein component (milk powder, soy protein isolate, sodium caseinate) contains a sufficient amount of tyrosine, phenylalanine, proline, and a fat component contains polyunsaturated (sunflower oil) fatty acids. With the help of a simplex - method of linear programming the optimum formulae of protein-and-fat emulsions with high functional and technological properties (stability 92-95%) and the maximum degree of binding of iodine (up to 86% rel.) have been designed. It was established experimentally that the maximum binding of iodine with obtained emulsions, a holding for 24 hours at a temperature not exceeding 4 °C is required. Basing on the results of experimental studies the technology for production of iodized emulsions for meat products has been developed.
Keywords:
Emulsion, protein-and-fat composition, meat products, iodine, technology, enrichment
Emulsion, protein-and-fat composition, meat products, iodine, technology, enrichment
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. Spirichev, V.B. Obogaschenie pischevyh produktov mikronutrientami: nauchnye podhody i prakticheskie resheniya / V.B. Spirichev, L.N. Shatnyuk // Pischevaya promyshlennost'. - 2003. - № 3. - C. 10-13.
2. 2. Mikronutrienty v pitanii zdorovogo i bol'nogo cheloveka / V.A. Tutel'yan, V.B. Spirichev, B.P. Suhanov,
3. V.L. Kudasheva. - M.: Kolos, 2002. - 424 s.
4. 3. Leskova, S.Yu. Razrabotka tehnologii yodirovannyh belkovo-zhirovyh emul'siy dlya proizvodstva varenyh kolbas: dis. ... kand. tehn. nauk: 05.18.04: zaschischena 26.04.05 / S.Yu. Leskova. - Ulan-Ude: VSGTU, 2005. - 121 s.
5. 4. Lisicyn, A.B. «Yod-al'ginat» - strukturirovannyy napolnitel' dlya myasnyh rublenyh izdeliy / A.B. Lisicyn, E.V. Litvinova // Myasnaya industriya. - 2007. - № 5. - S. 18.
6. 5. Suhinina, S.Yu. Gigienicheskie aspekty razrabotki pischevogo produkta dlya profilaktiki yodnoy nedostatochnosti: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk / S.Yu. Suhinina. - Kemerovo, 1995.
7. 6. Antipova, L.V. Metody issledovaniya myasa i myasoproduktov: ucheb. dlya vuzov / L.V. Antipova, I.A. Glotova,
8. I.A. Rogov. - M.: Kolos, 2001. - 376 s.
