автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Физико-химические свойства и применение гидролизатов коллагена в частных технологиях мясопродуктов

На правах рукописи

с*

ГАЛИНА ЮЛИЯ ФИЛЬГАТОВНА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОЛЮАТОВ КОЛЛАГЕНА В ЧАСТНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ МЯСОПРОДУКТОВ

05.18.04 - Технолопш мясных, молочных и рыбных продуктов II холодильных производств

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

2 о т тг

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005009363

Воронеж-2012

005009363

Работа выполнена на кафедре пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ

доктор технических наук, профессор Антипова Людмила Васильевна (ФГОБУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ссскова Нина Анатольевна (ФГБОУ ДПОС «Воронежский межрегиональный институт переподготовки кадров пищевой и перерабатывающей промышленности»)

кандидат технических наук Пнсклюкова Юлия Николаевна

(ОАО «Комбинат мясной Калачеевский»)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Орловский государственный

аграрный университет», г. Орел

Защита состоится «21» февраля 2012 года в 11 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.035.04 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, ауд. 035.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать в адрес совета академии.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки Российской Федерации referat_vak@mon.gov.ru на сайте ФГБОУ ВПО ВГУИТ www.vsuet.ru « 20 » января 2012 года.

Автореферат разослан « 20» января 2012 года.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

Л.В. Голубева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Одна из задач государства - обеспечение здоровья человека через питание. Другая немаловажная задача - создание ресурсосберегающих технологий, решение которой сопряжено с разработкой рациональных и эффективных способов переработки вторичных ресурсов в отраслях перерабатывающего сектора АПК в замкнутом производственном цикле. Среди побочных продуктов разделки в мясной промышленности первое место по объемам занимает коллагенсодержащее сырье.

За последние годы значительно расширился ассортимент пищевых продуктов в целом и товаров для здорового питания - в частности, что, безусловно, связано с ростом предложения по безопасным и качественным пищевым добавкам, которые получили широкое применение и в России. Использование пищевых и биологически активных добавок, физиологически функциональных компонентов, является одним из важнейших факторов современного производства пищевых продуктов заданного состава, аромата, вкуса, текстуры и качества в течение всего срока годности, условием интенсификации переработки пищевого сырья, совершенствования технологий, расширения ассортимента. Новое поколение пищевых продуктов, отвечающих требованиям и реалиям сегодняшнего дня, - это продукты со сбалансированным составом функционального назначения, а также быстрого приготовления и длительного срока хранения.

Современный рынок пищевых ингредиентов по-прежнему характерен импор-тозависимостыо, связанной с доминированием зарубежной продукции. Основной причиной этому служит слабая заинтересованность государства в поддержке производителей пишевых ингредиентов и высокие риски организации полного цикла производства

В современных рыночных условиях продукты должны быть не только вкусными и полезными для здоровья, но н конкурентоспособными. Решению этих задач может способствовать применение инновационных технологий и разработок.

Среди новых технических решений по рациональному использованию колла-генсодержащих продуктов убоя животных интерес и перспективу представляет реализация возможностей коллагеновых белков как функциональных пищевых ингредиентов, что обусловлено уникальным строением этого природного биополимера.

В работах JI.B. Антиповой, И.А.Рогова, М.Л. Файвишевского, Н.Н.Липатова, В.И.Ивашова, Э.Б.Битуевой, Э.В. Борескова, Т.Ф. Чиркиной, Э.С Токаева, Ю.М. Ковалева, Глотовой И.А., Blackmore Н., Gudaszevvski Т., Muller Н. и др. показана возможность направленной биомодификации коллагенсодержащего сырья для получения белковых веществ с заданным уровнем функциональных свойств, способных выполнять роль аналогов пищевых волокон, обладающих высокой сорбцион-ной способностью в отношении токсикантов и радионуклидов, обеспечивающих высокие показатели функционально-технологических и реологических свойств пищевых систем.

Однако потенциальные возможности коллагеновых белков как компонентов с полифункциональными свойствами представлены недостаточно, преимущественно коллагеновыми дисперсиями. Технология получения гидролизатов коллагена в

жидкой форме реализована в виде научно-обоснованных рекомендаций мясоперерабатывающей промышленности в качестве пищевых ингредиентов крайне недостаточно.

Учитывая необходимость внедрения импортзамещающих технологий в производстве функциональных пищевых ингредиентов, ресурсосберегающих технологий в замкнутом производственном цикле, создание полезных для здоровья продуктов питания, представляет интерес и актуальность исследование свойств гидролизатов коллагена и направленное его использование в частных технологиях мясопродуктов.

Цель работы - разработка технологий производства мясных продуктов с применением гидролизатов коллагена на основе изучения его физико-химических свойств и обоснование рациональных способов его применения. В связи с этим в работе ставились следующие основные задачи:

- Обоснование условий получения гдролизатов коллагена;

- Оценка состава полученных форм гидролизатов коллагена;

- Изучение микроструктурных изменений мясного сырья и его функционально-технологических свойств под действием гидролизатов коллагена;

- Изучение влияния гидролизатов коллагена на качественные показатели и безопасность мясных продуктов

- Обоснование и разработка технических решений по применению гидролизатов коллагена в частных технологиях мясных продуктов.

Научная новизна. Обоснован выбор объектов животного происхождения для получения функциональных пищевых ингредиентов, повышающих функционально-технологические свойства мясного сырья.

Расширены сведения об условиях биомодификации коллагенсодержащего сырья (жилок и сухожилий КРС), физико-химических свойствах гидролизатов коллагена. Исследован фракционный состав гидролизатов коллагена и оценена его технологическая функциональность. Установлены закономерности изменений в структурных элементах мышечной и соединительной ткани при обработке гидроли-затом коллагена, обусловливающие характер изменений функционально-технологических и структурно-механических свойств мясного сырья. С помощью тест-культуры Paramecium caudatum экспериментально подтверждена биологическая безвредность гидролизатов коллагена и биомодифицированного мясного сырья. Исследовано влияние гидролизатов коллагена на качество готовых продуктов и их биологическую безопасность. Обоснованы направления целесообразного применения гидролизатов коллагена при производстве мясной продукции.

Практическая значимость.

Предложена двухстадийная схема получения гидролизатов коллагена из сухожилий КРС, обеспечивающая эффективное их использование в качестве адгезивов и основы для многокомпонентных рассолов для посола мяса.

Модифицированы технологические схемы производства цельнокусковых мясных продуктов, ветчинных изделий и рубленых полуфабрикатов и гидролизатов коллагена в замкнутом производственном цикле. Предложена альтернативная замена импортным белковым препаратам на основе соединительной ткани (свиной шкурки и плазмы крови).

Разработаны и утверждены в установленном порядке технические условия ТУ 9213-001-45810417-2010 «Продукты копчено-вареные из говядины» СЭЗ № 31 БО 17.921.T.000866.Q6.10 от 18.06.2010 г) Предложены два проекта технических усчовий на производство ветчины (ТУ 9213-001-02068108-2009 «Вареные ветчинные изделия») и рубленых полуфабрикатов (ТУ 9214-001-02068108-11 «Полуфаб-

рикаты мясные рубленные, обогащенные коллагеном»). Новизна технического решения подтверждена патентом на изобретение «Способ получения композиции для посола мяса при производстве цельномышечных продуктов» (Патент РФ №2386258)

Эффективность технологических решений подтверждена производственной апробацией в условиях мясоперерабатывающих предприятий Липецкой и Белгородской областей. Уровень рентабельности при производстве продуктов по модифицированной технологии составил: для продуктов копчено-вареных из говядины -33,42 %, для ветчин - 10 %, для рубленых полуфабрикатов - 15 %

Основные положения выносимые на защи ту.

- Обоснование выбора сырья и ферментных препаратов для направленной биомодификации коллагенсодержащего сырья с целью получения гидролизатов с заданными функциональными свойствами.

- Условия проведения ферментной обработки коллагенсодержащего сырья;

- Оценка состава полученных форм гидролизатов коллагена;

- Влияние гидролизатов коллагена на функционально-технологические, структурно-механические свойства мясного сырья и гистоморфологическая оценка тканей;

- Обоснование применения гидролизатов коллагена в частных технологиях мясных продуктов

Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности.

Содержание диссертационной работы соответствует: п. 1, п. 2, п.З, п. 4, п. 7, паспорта специальности 05.18.04 - «Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств» и п. 5, п. 10 паспорта специальности 05.18.07 -«Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на отчетных научных конференциях Воронежского государственного университета инженерных технологий (ранее ВГТА) (2008-2011); международной научно - практической конференции «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство» (Воронеж, 2008); 3-ей научно-практической конференции, посвященной 50-летию пребывания Калининградского государственного технического университета на Калининградской земле» (Светлогорск, 2008); московской международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010), международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в мясопереработке: оборудование, технологии, менеджмент» (Краснодар, 2011), международной научно-практической конференции «Biotechnology and the ecology of big cities» (Нью-Йорк, 2011).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 16 работ, в том числе 1 в журнале, рекомендованном ВАК РФ, 13 статей, 2 тезиса в периодических изданиях, получен 1 патент РФ.

Структура и ооьем работы. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, характеристику объектов и методов исследований, три главы экспериментальной части, выводы, список использованных источников и приложения. Работа содержит 225 страниц машинописного текста, в том числе 80 страниц приложений, 28 таблиц, 48 рисунков. Библиография включает 140 наименований, из них иностранных источников 21 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и определены основные направления, цели и задачи исследований.

Глава F. Аналитический обзор литературы. Осуществлен аналитический обзор данных литературы, касающихся состояния отечественного рынка пищевых ингредиентов для мясной промышленности, основных тенденций в развитии рынка мясной гастрономии, проблем ресурсосберегающих технологий в замкнутом цикле производства, в частности коллагенсодержащего сырья, опыта применения ферментных препаратов в его обработке.

Проанализирован зарубежный . и отечественный опыт использования вторичного коллагенсодержащего сырья в технологии мясопродуктов, методы направленной биомодификации коллагенсодержащего сырья с целью получения продуктов с высокой функциональной направленностью.

Глава И. Объекты, материалы и методы исследований. Порядок проведения экспериментов, объекты и методы исследований представлены на рис. 1. В соответствии с целью и задачами работы объектами исследования служили: мясное сырье - говядина второго сорта, вторичное коллагенсодержащее (жилка говяжья, шкурка свиная, отходы жиловки говядины и свинины), органические пищевые кислоты, разрешенные к применению органами Роспотребнадзора РФ (уксусная кислота, молочная кислота, винная кислота), протеолитические ферментные препараты: коллагеназа из гепагопанкреаса камчатского краба Paralithodes camtschatica, выпускаемого ЗАО «Биопрогресс» (г. Щелково, Московской обл.), стандартной активностью 125 ед. ПА, протепсин - энзимный препарат животной природы, содержащий комплекс кислых протеин аз, производитель ЗАО «Завод эндокринных ферментов» (п. Ржавки, Московская область) стандартной активностью 150 ед.ПА, мегатерии Г10Х, полученный на основе продуцента Bacillus megaterium, стандартной активностью 700 ед.ПА, протосубтилин Г10Х, полученный на основе Bacillus subtilis (производитель Вышневолоцкий завод ферментных препаратов), стандартной активности 100 ед.ПА . Экспериментальные исследования проводили в условиях НИЛ кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья, кафедры физической и аналитической химии Воронежского государственного университета инженерных технологий, межкафедральной НИЛ Воронежского государственного агроуниверситета им. Петра I, научной лаборатории Воронежского института МВД.

Анализ химического состава исследуемых объектов в лабораторных и производственных условиях проводили в соответствии с действующей нормативной документацией: массовую долю апаги по ГОСТ 9793-74; жира - методом Сокслета по ГОСТ 2304286; золы - по ГОСТ 15113.8-77; белка - фотометрически и методом Кьельдаля по ГОСТ 23327-78 с предварительной минерализацией проб. Общую протеолитическую активность - по ГОСТ 20264.2-88; pH - потенциометрически. Оценку аминокислотной сбалансированности и биологической ценности сырья и продуктов проводили согласно рекомендациям (Липатов H.H., 1995). Динамику ферментативного гидролиза оценивапи по накоплению продуктов гидролиза (пептидов и аминокислот) нингидриновым методом и электрофорстически на пластинчатом вертикальном электрофорезе «Биоклон».

Инфортционно-патен гный поиск

Обоснование >словий биомодификации ксилагенсодержащего сырья

Математическое моделирование условий ферментной обработки коллагенсодержащего сырья

ФракционирОЕЕНие гидролизата

Растворимый коллагеновый гиаролизат Твердый остаток

- Оценка состава; Определение ажкокислотного состава: Оценка безвредности гидролизата - Оценка состава; - Оценка остаточной активности фермента; - Реологические свойства

Обоснование рациональных путей использования и разработка частныхтехнологий. Оценка влияния полученных фракций наФТС сырья,

реологичесике характеристики и микроструктурные изменения)

Рецептурно-компонентный состав новлх мясных продуктов (продукты из говядины, ветчины, полуфабриката)_

Оценка качественных показателей готовых изделий Пищевая и биологическая цэшость; Реологические характеристики; Органолептическая оценка; Микробиологические показатели;

Внедрение в производство

Оценка качества технологических решений Производственная апробация; Оценка экономической эффективности; Разработка технической документации.

Рис. 1. Схема экспериментальных исследований

Гистоморфологические исследования проводили по ГОСТ Р 51604-00, Оценка безвредности и биологической активности ферментного препарата и готовых продуктов на тест-культуре Paramecium caudatum (Бузлама B.C. и др., 1997). Органо-лептические показатели качества готовых изделий в соответствии с ГОСТ 9959-91. Функционально-технологические свойства: влагосвязывающую способность по методу Грау и Хамма. в модификации В.П. Воловинской и Б.И. Кельман; влагоудержи-зающую способность и адгезионную прочность - согласно рекомендациям (Антипо-ва Л.В. и д.р., 2001), глубину пенетрации определяли в соответствии с ГОСТ Р 50814-95, инструментальную оценку аромата - в соответствии с рекомендациями (Я.И. Коренман, Т,А. Кучменко, 2002), переваримость белков исследуемых продуктов пищеварительными ферментами «in vitro» - методом Покровского-Ертанова, микробиологические исследования в соответствии с ГОСТ 10444.! 5.94, математическое моделирование процесса проводили согласно рекомендациям (А.Н. Гайдадин и др., 2008)

Глава III. Обоснование условий получения и исследование физико-химических свойств коллагеноаого гидролизата с использованием ферментных препаратов

Данные общего химического и фракционного состава белков жилок и сухожилий КРС, известные особенности морфологического строения и рекомендации (JI.B. Антипова и др., 2003, 2006 гг.) положительно характеризуют это сырье как объект для получения гидролизатов коллагена с заданными функциональными свойствами.

С целью получения гидролизатов коллагена заданной функциональной направленности в работе использовали двухстадийную обработку коллагенсодержа-щего сырья (1 этап - обработка раствором органических пищевых кислот, 2 этап -обработка ферментным препаратом). Из известных данных о свойствах пищевых органических кислот (С.М. Сулейманов, B.C. Слободяник, Н.М. Ильина и др., 2004г) и на основании проведенных собственных исследований показан положительный эффект применения для обработки коллагенсодержащего сырья раствором молочной кислоты с массовой долей кислоты в растворе 2%.

Зависимость степени набухания коллагенсодержащего сырья (сухожпляв КРС) от соотношения органической кислоты а воды в раствор

Дкизашк-д набухание гетяжыгй жи.ткн в органических нлшевьи кислотах - с массовой яо.тей 2л/ь

т ■/ £ ТОО У ' | т 1'' I 1 hi *1

1 • « «о Y' = »0 И 1 № - "*; 1 «¡■¡я»-

| IffO \у\

ы в молочная кислота

ш

б уксусная кислота « винная клслогл

Рис. 2 - Выбор органических кислот для предварительной обработки коллагенсодержащего сырья

ирояидяккгелыюсгь ияя

--»■■■■ молочная кислота .-«да-винная кислота —а— уксусная кислота

Рис. 3 - Динамика набухания коллагенсодержащего сырья в водных растворах органических пищевых кислот

Накопление п роду кто» ищншт в зависимости от продолжительности ферметнои обработки

-^ПротйП'бишм Г'Юх

'#>М«гате1>1>шП0х :

В целях обоснования применения ферментных препаратов для обработки коллаген-

содержащего сырья и дальнейшего получения гидролизатов коллагена заданной функциональной направленности в работе использовали следующие ферментные препараты: протосубтилин ПОХ, мегатерии Г10Х, протепсин, кол-лагеназу пищевую. Оценка выбранных ферментных препаратов показала, что по субстратной специфичности к коллагену ферментные препараты можно расположить в следующий убывающий ряд: коллагеназа пищевая > протосубтилин ПОХ > протепсин > мегатерии. „ „ _ Сравнительно низкое сродство «Колла-

Рис.4 - Подоор ферментных препаратов гт1 пищевой)> к водо. и солераство-

для биомодификации римым белкам мяса и низкая макси-

коллагенсодержащего сырья мальная скрость их гидролиза, дает это-

му препарату преимущество в области дифференцированной модификации соединительной ткани, отличающейся высоким содержанием коллагена (АнтиповаЛ.В. и др. 2009 г). Количественная оценка высокого сродства препарата «Коллагеназа пищевая» (рис. 4) к гидролизу коллагеновых субстратов обуславливает целесообразность

его использования для биомодификации коллагена.

Известно, что скорость биохимических процессов резко возрастает при увеличении площади контакта реагирующих фаз. В этой связи предварительно обработанную в молочной кислоте жилку промывали проточной водой до рН 7, измельчали на волчке с диаметром решетки

2 - мм, затем подвергали более тонкому

измельчению. Далее изучшш условия би-модификации полученного коллагена под действием ферментного препарата проте-олитического действия - коллагеназа пи-

Блшшиедошровкм коллагеназы пищевой на накопление прояукгов И]ш г идролтпе кшша!•еиеодержаще» о сырьн

40 80 120 160 200 240

1ЦМ>ди/сжтелЫ№сгь процесса, МИН

Рис.5-- Обоснование дозировки ферментного препарата «Коллагеназа пищевая»

щевая (далее коллагеназа) (ТУ 2639-001-45554109-98), производитель ЗАО «Биопро-греес»). Ферментный препарат применяли в виде растворов при дозировке 0,01 -1,00 % к объему растворителя (воды) и постоянном уровне остальных факторов: температура (22+1) "С, гидромодуль 1:3, рН среды 7.

Вид графических зависимостей (рис. 5), характеризующих динамику накопления продуктов гидролиза в жидкой фракции гидролизата, свидетельствует о том, что оптимальным является использование этого препарата при дозировке 0,75% к объему растворителя. В ходе анализа закономерностей ферментативного распада коллагеновых белков можно заключить (рис 5), что протеолиз наиболее интенсивно про-

текает в первые 180 мин, затем скорость гидролиза постепенно снижается и к 24 ча- i сам значения степени гидролиза не изменяются.

С целью выявления оптимальной продолжительности гидролиза и определения концентрации продуктов гидролиза в любой момент времени была разработана математическая модель процесса накопления белковых фракций. Моделирование проводили с использование среды программирования MathCad 12. Итогом моделирования является описание процесса гидролиза коллагенсодержащего сырья уравнением вида:

у = 0,29 + 0,038^, + 0,079Х2 + 0,014А', * Х2 - 0,05 X,2 - 0,058АГ22 (1) Где X, -продолжительность ферментной обработки, мин X j-дозировка ферментного препарата, % к объему растворителя

1

Рис. 6 - Математическое моделирование процесса гидролиза; А - Двухмерное сечение поверхности отклика В - Линии равного уровня процесса гидролиза коллагена

При решении системы уравнений были выбраны оптимальные кодированные значения, при которых оптическая плотность раствора с продуктами накопления гидролиза имеет максимальное значение. Исходя из этого, вычислены оптимальные режимы процесса гидролиза коллагенсодержащего сырья: дозировка ферментного препарата - 0,74 %; время гидролиза - 215 мин. Степень гидролиза при оптимальных условиях составила 82 %.

Мнкроетруктурный анализ сухожилий в | процессе обработки ферментным препаратом

«Коллагеназа пищевая» (0,75% дозировки), по' ^ зволяет более четко и точно наблюдать активное действии препарата на соединтельнотканные волокна при выбранной оптимальной концентрата ции. Через 3 часа ферментной обработки наблюдается направленная деструкция соединитель-потканных прослоек сухожилий КРС: соедини-|Й тельнотканные тяжи превратились во взаимо* а связанную между собой сетчатую рыхлую Рис. 7- Структура образца сухо- структуру, местами выявлялись фрагментация жилия КРС а) до ферментативной коллагековых фибрилл, слияние отдельных обработки б) после 1,5 часов обра- пучков и гомогенизация с потерей четко выработки коллагеназой в) после 3 ча- женных границ (рис.7) сов обработки коллагеназой г) после 4,5 часов обработки коллагеназой

Для оценки получаемых продуктов гидролиза при модификации соединительной ткани «Коллагеназой пищевой», фиксировали в динамике молекулярно - массовое распределение белковых фракций. Результат электрофоретических исследований (рис. 8) показал, что в процессе ферментной обработки коллагеназой в зависимости от продолжительности обработки образуются следующие фракции: после 1,0 часа присутствуют в основном белки с молекулярной массой, находящейся в диапазоне 330 до 212,4 кДа. Через 2 часа масса, превалирующей белковой фракции лежит в диапазоне от 250 до 116 кДа. Через 3 часа интервал находящихся в растворе фракций расширяется, наибольшая интенсивность окраски проявляется у полос, лежащих в промежутке от 212,4 до 97,6 кДа Последующее воздействие ферментного препарата приводит к образованию белковых и пептидных фрагментов с молекулярной массой ниже 100 кДа, что, по суги, приводит к началу желатинизации субстрата.

Таблица 1- Изменение фракционного состава гидролизата коллагена во времени

Наименование компонента Продолжительность гидролиза . мин

60 120 180 240 360

Белок общий, % к общей массе 31,5 17,06 22.5 22,58 22,6

Фракционное распределение на основе растворимости, % к общему белку

водораствори мый 34,1 43.8 52,2 52,22 52,27

еолерастворимый 10,2 15,3 21,7 21,8 21.8

щелочерастворимый 55,7 40,9 26,1 25,98 25,93

Фракционирование на основе молекулярно-массового распределения, % к общему белку

белки 98,43 84,5 58,4 49,4 48,5

пептиды 1.44 9,3 29,3 31,3 32

аминокислоты 0,13 6,2 12,3 19,3 19.5

А 1,0 '1 2,0 ч 3,0ч 4,0ч A- protein bends (molecular weight, kDa): 330,0 - Thv-roglobulin; 212,0 - Myosin; 119,0 - P-Galactosidase; 99,4 - Phosporylase B; 66,2 - Bovine Serum Albumin; 40,0 -Aldolase.

Рис.8 - Изменение молекулярно-массового состава в зависимости от продолжительности обработки ферментным препаратом

Как видно из данных таблицы 1 оптимальная продолжительность гидролиза, составляет 3 ч, так как при данной продолжительности наблюдаются накопление пептидов. Кроме того, при увеличении продолжительности процесса обработки образуется значительное количество свободных аминокислот, что негативно может сказаться на выходе целевого продукта.

Проведенные исследования химического состава полученного гидролизата коллагена, а также изученные микроструктурные изменения коллагенсодержащего

Обвалка, жиловка

сырья под действием ферментного препарата «Коллагеназа пищевая» позволили рекомендовать схему получения жидкой фракции гидролизата коллагена для дальнейшего его применения в технологии производства цельнокусковых мясопродуктов

(рис.9).

При целенаправленном получении жидкой фракции гидролизата коллагена при фракционировании продуктов гидролиза в качестве побочного продукта образуется твердая фракция (твердый остаток), фракционный состав которого представлен преимущественно коллагеновыми волокнами. Присутствие остаточной активности ферментного препарата «Коллагеназа пищевая» (рис.10) позволяет использовать твердый остаток в рецептурах мясных изделий с высоким содержанием соединительной ткани.

Полученный твердый остаток обладает повышенной адгезионной прочностью (рис.11), что позволяет его рекомендовать в технологии производства ветчины и рубленых полуфабрикатов для повышения функционально-технологических свойств мясных систем.

Рис.9 - Технологическая схема производства гидролизатов коллагена

Определение активности ферментного препарата в твердом остатке

2 5511

£ с

5 л«

О К) 1? 20 25 ЛО 35 40 45 5« 55 60 65 " Теммерп^фз. '

Рис. 10 - Остаточная активность ферментного препарата в твердом остатке

Изменение адге-шонной ¡¡прочности твердого остатка

Рис.11 - Адгезионная прочность твердого остатка

Рис.12-Фрагмент мышечной ткани до посола Окр. гематоксилин-эозин. У в. хЮО

Глава IV. Комплексная опенка технологической

ролязатов коллагена.

Изучено влияние полученных фракций гидролизата коллагена на микрострук-~ турные изменения мясного сырья и его функцио-

нально-технологические характеристики. Обработку образцов осуществляли методом шприцевания. Процесс массирования и имитировали погружением в соответствующие растворы в конических колбах на вибровстряхивателе при температуре 0-4 °С.

Так, микроструктурный анализ сырья, обработанного жидкой фракцией гидролизата коллагена показал направленные гистоморфологические изменения фрагментов мышечной ткани. При оценке микроструктурных изменений в образцах мышечной ткани,

обработанной композицией для посола мяса на основе гидролизатов коллагена уже через 1 час наблюдается деформация мышечных волокон и появление поперечных трещин (рис. 13). Наблюдаются изменения со стороны соединительной ткани, выразившееся в незначительном их разволокнении и истончении. Так, изменения мышечных волокон характеризуются набуханием с одной стороны, что характерно для Процесса посола, и уменьшением толщины соединительнотканных оболочек - с другой, что объясняется действием ферментного препарата в составе гидролизата коллагена. Заметно снижение содержания рыхлой соединительной ткани, ослабление связи между мышечными волокнами и, как следствие, увеличение промежутков между ними. Поперечная исчерченность несколько ослаблена. Такой характер изменений подтверждает активность ферментного комплекса препарата, как в отношении соединительнотканных белков, так и в отношении ак-томиозинового комплекса.

Дальнейшая обработка посолочной смесью (в течение 17 часов) приводит к усилению фрагментации и деструкции миофибрилл, разволокнению соединительнотканных волокон элементов, увеличению поперечных, рваных трещин (рис. 15). Общее продольное расположение мышечных волокон сохраняется, но выглядят значительно фрагментированными. За-

Рис.13 - Фрагмент мышечной ткани, посоленной гидролизатом коллагена в течение 1 часа. Окр. гематоксилин-эозин. Ув. х 100

■■■ 2ч

Рис. 14-Фрагмент мышечной ткани, до посола Окр. гематоксилин-эозин. У в. *200

метны лизированные участки мышечных волокон. Отмечается усиление кариоли-тических процессов. Наблюдается повсеместная неравномерность эозинофильнои окраски мышечной ткани. В исследуемом образце (рис. 15) просматриваются явные

признаки изменении, свойственных длительному посолу.

Аналогичные гистоморфологические изменения характерны для образцов мышечной ткани сырья для производства ветчины.

С целью обоснования применения полученных гидролизатов коллагена в производстве мясных продуктов ,„ л р , |» необходимо изучение их влияния на функционально-к '«иИкИдс технологические свойства коллагенсодержащего сы-

в

Изучение биомодифицированнего сырья показало, что применение гидролизатов коллагена приводит к росту ВСС сырья (рис. 16) Уже к 3 часам, при обработке гидролизатом коллагена ВСС говядины второго сорта увеличивается на 12,5 % по сравнению с контрольным образцом, после чего начинает плавно снижаться. Такой характер зависимости можно объяснить тем, что на начальной стадии за счет присутствия в составе гидролизата коллагена ферментного препарата происходит образование фрагментов белковых молекул (протеиназная активность), имеющих большое количество легкодоступных заряженных групп, которые могут удерживать воду. При дальнейшем протекании гидролиза происходит накопление

низкомолекулярных белковых фракций, свободных

Рис 16 - Изменение ВСС аминокислот, которые не способны к эффективному

., ' связыванию воды, что приводит к уменьшению

в говядине 2 сорта

Рис.15 - Фрагмент мышечной ткани, посоленной гидролизатом коллагена в течение 17 часов.

Окр. гематоксилин-эозин. Ув. х200

Изменение ВСС, %

- !/■

2ч Зч 5ч ИрвСЖЫЯПЧЛЫ

величины ВСС. Таким образом, использование гидролизата коллагена в составе многокомпонентного рассола для посола мяса позволяет интенсифицировать процесс созревания мясного сырья.

Исследования совмещенном с коллагена, как и в

нарастание ВУС (рис. 17). Также как и ВСС, ВУС уменьшается, при увеличении продолжительности посола мясного сырья. Направленное воздействие на структуру мясного сырья при обработке гидролизатом коллагена подтверждает изменение глубины пенетрации для говядины второго сорта. Увеличение глубины пенетрации на 0,7 мм в первые две секунды воздействия индентора на сырье свидетельствует о направленном размягчении говядины второго сорта (рис.18).

-ИСонтрояь

¡ч Л 4ч 4ч 6ч Тч еч |!1ч

П)Ч>М.1МП*.ГИ№Т'. ЯППШ, Ч

Рис.17 - Изменение ВУС в говядине 2 сорта

показали, что при посоле, использованием гидролизатов случае с ВСС, происходит резкое

< (Мипрмши

'♦-контроль

Рис.18 - Изменение глубины пенетрации в говядине 2 сорта

Ийненение я;|ге»н<чш«>п гцк.чностн сырья ,1ЛЯ мгивы

-4-5еП«ЯЛ

Известно, что для получения гарантированной монолитности сырья должно быть не менее 40% мышечной, не более 30% жировой и не более 25% соединительной ткани (Жаринов А.И., 1997). Создание эффекта монолитности достигается за счет применения функциональных ингредиентов, таких как соевые белки, белки плазмы крови, белки яйца, желатина. Вследствие высокой стоимости вышеперечисленных препаратов их использование ограничено.

Для повышения адгезионных свойств мясных систем проведены исследования структурно-реологических характеристик фарша для производства ветчины и рубленых полуфабрикатов с целью обоснования использования твердого остатка в технологии производства ветчин и рубленых полуфабрикатов (рис 19-20).

Присутствие в составе твердого остатка ферментного препарата «Коллагеназа пищевая» способствует дополнительному направленному воздействию на белки соединительной ткани низкосортного сырья, увеличивая межмолекулярное взаимодействие белков. При одновременном увеличении поверхности контакта кусочков мышечной ткани увеличивается величина адгезии и обеспечивается «склеивание» мелких кусочков мяса в продукте. После тепловой обработки эффект «склеивания» становится более выраженным в результате гидротермического распада коллагена.

Выполненный комплекс исследований показал, что жидкую фракцию гидролизата коллагена целесообразно использовать при посоле низкосортного мясного сырья как альтернативу дорогостоящих белковых систем, используемых в составе многокомпонентных рассолов при производстве цельнокусковых продуктов, а твердый остаток - в составе рецептур ветчинных и рубленых изделий в качестве связующего агента для улучшения консистенции

готовой продукции.

Глава V Разработка -рекомендаций лагеиа в частных

С~цёлью создания технологии производства гидролизатов коллагена и его ис-

Рис. 19- Изменение адгезионной прочности ветчинного фарша

Шамяенис паюмшшЯ прочности фарша аля ру&ясм 1.1 х «олуфабрикант

«1И№Ы11 11^-виЯ Як'КИХ? сырья Пй ГОфДОВ «с, зле я (егчл)

Рис.20 - Изменение адгезионной прочности фарша для рубленых полуфабрикатов

пользования в технологиях мясопродуктов в замкнутом производственном цикле нами предложена технологическая схема биомодификации говяжьей жилки (рис.21) Для интенсификации процесса посола, улучшения функционально-технологических свойств мясного сырья, обогащения готовых продуктов легкоусвояемой формой коллагена, а также обогащением ряда продуктов (ветчин и рубленых полуфабрикатов) аналогами пищевых волокон предложены следующие модифицированные рецептуры (табл.2,3,4)

Предлагаемые технологические решения отличаются от традиционных введением в рецептуру многокомпонентного рассола гидролизата коллагена, содержащего ферментный препарат «Коллагеназа пищевая», взамен традиционным белковым препаратам растительного и животного происхождения.

Предлагаемый рецептурно-компонентный состав рассола для посола мяса позволяет использовать при производстве копчено-вареных продуктов сырье, с высоким содержанием соединительной ткани, вместе с тем обеспечивая сокращение времени посола до 6 часов.

Таблица 2 - Рецептурно-компонентный состав многокомпонентного рассола для посола мяса на основе гидролизата коллагена

Наименование компонента Рецептурно-компонентный состав, % на 100 дм3

Гидролизат коллагена, в т.ч. 93,78

Водо-ледяная смесь 90,88

Растворимый коллагеновый гидролизат 2,9

Соль 4,6

Нитрит натрия 0,02

Каррагинан 0,3

Фосфат 0,3

Молочный белок 0,5

Специи 0,5

Таблица 3 - Рецептурно-компонентный состав ветчины

* - рсцсш^риэ'комшняпный состав мдагокошкжектного рассола дта посола шса представлен в таблице 2

Наименование компонента Рецептурно- компонентный состав, % на 100 кг сырья

Говядина 2 сорта 90

Твердый остаток, полученный при фракционировании гидролизата 10

Многокомпонентный рассол для посола мяса*, дм3 30

Подготовка пстмиогатешгьгх шсгре.тчгтоп

Приемка сырья

Обвалка, жиловка (выделение бескостных огрубов)

Приготовление многофункционального

Иньектирование мясного сырья

Массирование 20 мин.работа, 15 мин. покой, продолжительность 6 часов

Формоаание

Осадка 6 часов, t^2±2°C

Термическая обработка Копнение 30-50"С 6-8 часов, варка 75-85'С 60-90 мин до 72"С в центре продукта

Охлаждение до t=4±4'C

Сбор коллаггнеодержащего сырья

Замачивание коллаген содержащего сырья в молочной кислоте, с массовой долей 2%, т=24 часа,

Промывание прогонной водой до рН=7

Тонкое измельчение обработанной жилки

Внесение ферментного препарата «Коллагензза пищевая», гидролиз t-З часа, рН=-7, t=20-23"C

Посол прч температуре 0^+2*С продолжительность 3 часа,

Формование в пресс-форму

Т ермообработка паром при 1=50'С,т=50 мин, варка75-S5*С 60-90 мин до 72 "С в центре продуктз

Охлаждение до (Н+2*С в ueifTpe продукта или шоковое замораживание до t—18'С в центре прое кта

Упаковка, хранение

Упаковка, хранение

—> Движение вспомогательных материалов

Движение коллагснсодержащего сырья и продуктов его гидролиза

Движение основного сырья

—~> Движение готовой продукции

Рис.21 — Технологическая схема биомодификации говяжьей жилки н направленное использование продуктов её гидоолиза

Таблица 4 - Рецептурнснсомпонентный состав рубленых полуфабрикатов

Наименование компонента Палочки «Особенные» Палочки «Домашние»

Подбор компонентов

Говядина 2с 60,0 70,0

Свинина жирная 30,0 20,0

Твердый остаток, содержащий 10,0 10,0

ферментный препарат «Колла-

гензза пищевая»

Соль 2,0 2,0

Чернослив - 4,0

Грецкий орех 4,0 -

Специи 3,0 3,0

Панировка 8,0 8,0

Яйцо куриное - 4,0

Отмечено положительное действие твердой фракции гидролизата коллагена (при добавлении 10% к массе фарша) в качестве связующего агента в отношении консистенции готового продукта: так для опытного образца характерна монолитная структура, упругая консистения, чего нельзя отметить для контрольного образца. В то же время использование твердого остатка (в соответствии с проведенными исследованиями) рекомендуется в качестве обогащения продукта аналогами пищевых волокон.

Технологическая функциональность гидролизатов коллагена отражается на массовом выходе готовой продукции, показателе, определяющем экономический эффект производства конечного продукта.. Массовый выход для копчено-вареной продукции увеличился на21,25%, для ветчин на 1,3 % (рис. 22)

Одним из самых важных показателей является безопасность пищевых продуктов. В нашем случае, биологическую безопасность оценивали с помошью тест-культуры Paramecium caudatum. Результаты исследований показали, что гидролизаты коллагена не оказывают негативного влияния на тест-культуру. По микробиологическим показателям продукты, изготовленные по модифицированной технологии, отвечают требованиям СанПиН 2.3.2.1078

Рис. 22- Массовый выход готовой продукции

Оценка аромата (рис.23) показала лучшие результаты опытных образцов.

кони™™.,* On»™* Обр»» В КИПР»—.« "«»««■

Рис. 23 - Влияние твердого остатка на аромат мясных изделий (А - для ветчины, В - для рубленых полуфабрикатов)

При определении качественных показателей мясных изделий нельзя не учитывать пищевую и биологическую ценность. Снижение КРАС и показателя сопоставимой избыточности при повышении БЦ и коэффициента утилитарности белка за счет снижения различий аминокислотного скора между белком готовых изделий и I эталонным белком, говорит о высокой биологической ценности мясных изделий, приготовленных из биомодифиаированного сырья (табл.5)

Для оценки биологической ценности выработанных продуктов была исследована также переваримость белков пищеварительными ферментами в опытах in vitro. Данные рисунка 24 показывают, что наибольшая скорость гидролиза белков ферментами желудочно-кишечного тракта наблюдаются в опытных образцах копчено-вареных мясных изделий.

Таблица 5 - Показатели биологической ценности копчено-вареных продуктов и ветчинных изделий

Наименование Показатель

КРАС,% БЦ,% Коэффициент утилитарности Сопоставимая избыточность, мг

Копчено-вареные мясные изделия (контроль) 22,93 77,07 0,89 88,90

Копчено-варек ые мясные изделия (опыт) 18,29 81,71 0,94 59,50

Ветчинные изделия (контроль) 23,85 76,15 0,80 87,95

Ветчинные изделия (опыт) 17,88 82,12 0,86 59,70

При использовании гидролизатов коллагена в составе многокомпонентных рассолов для посола мяса с содержанием ферментного препарата переваримость в среднем увеличивается в опытном образце на 34,1 % по сравнению с контрольным. Это можно объяснить тем, что в процессе посола и при термической обработке образуются средне- и низкомолекулярные продукты гидролиза, более доступные действию пищеварительных ферментов желудочно-кишечного тракта.

Органолептичесхая оценка опытных образцов показала лучшие результаты как для продуктов копчено-вареных из говядины, так и для ветчины и рубленых полуфабрикатов. Отмечено положительное действие гидролизатов коллагена (жидкой и твердой фракции) в отношении консистенции гото- 1 вой продукции. Для опытных образцов характерна монолитная структура, упругая консистенция, заметно повышение сортности готовой продукции.

Выполненный комплекс исследований физико-химических свойств и функцио- I нальной технологичности гидролизатов кол- ( лагена подтверждают эффективность разработанной технологии и вносит вклад в представление о создании импортзамещающих технологий и рациональной переработке вторичного коллагенсодержащего сырья.

ВЫВОДЫ

1. Для получения гидролизатов коллагена с заданными функциональными свойствами ( целесообразно использовать в качестве исходного сырья сухожилия КРС, полученные при жиловке говядины. Модификацию биополимерных систем соединительных тканей животных

с целью направленного использования их компонентов целесообразно проводить в две стадии: на первом этапе - обработка раствором молочной кислотой с массовой долей кислоты в растворе 2 %, продолжительность обработки 24 часа, 1=2±2°С, гидромодуль 1:3; на втором этапе - | ферментным препаратом «Коллагеназы ¡лицевой» для получения продуктов гидролиза коллагена (дозировка ферментного препарата 0,75%-ной концентрации, продолжительность обработки 3 часа. 1=20-23°С)

2. Установлен и уточнен фракционный состав жидкого гидролизата коллагена Жидкая фракция содержит 22,5% общего белкового азота, из них 58,4% представлено белками, 293% - | пептидами, 12,3% - аминокислотами. Растворимая фракция представлена среднемолекуляр-ными соединениями с молекулярной массой от 97,6 до 212,4 кДа. Твердая фракция гидролиза-та коллагена представлена преимущественно коллагеновыми белками. Полученный гидроли-зат безопасен в пищевом отношении, что позволяет использовать его в частных технологиях 1 мясопродуктов.

3. Гисгоморфолошческая оценка показала выраженное разрушение соединительной ткани при обработке сырья гадрализатом коллагена при незначительном воздействии на мышечные клетки. Улучшаются ФТС низкосортного сырья: ВУС увеличивается на 27%, ВСС на 12,5 %, отмечены повышенные показатели адгезионной прочности фарша для рубленых полуфабрикатов и сырья для ветчины.

4. По органолептическим показателям готовые изделия имеют более выраженный аро- ' мат, улучшенные потребительасие свойства, удовлетворяют по показателям безопасности СанПиН 2.3.2.1078, обогащены усвояемыми формами коллагена (для продуктов из говядины копчено-вареных) и аналогами пищевых волокон (для ветчин и рубленых полуфабрикатов). Продукты обладают пониженным содержанием жира, что позволяет их рекомендовать для говкокалорийных продуктов.

20 1

Рис. 24. Переваримость копчено-вареных мясных изделий пищеварительными ферментами пепсин-трипсин (in vitro)

5. Обоснованы и рекомендованы модифицированные технологические схемы производства копчено-вареных цельнокусковых мясных продуктов, ветчин и рубленых полуфабрикатов, позволяющие увеличить объемы использования низкосортного мясного сырья, интенсифицировать технологический процесс, сократил, временные и энергетические затраты, а также увеличить биологическую ценность и перезариваемость готовых продуктов, улучшить их органолептические показатели. Рекомендуемая дозировка жидкой фракции гидролизата коллагена в составе многокомпонентного рассола составляет 2,9 % к объему рассола, рекомендуемая дозировка твердого остатка, полученного при гидролизе коллагенсодержашего сырья, составляет 10% к массе фарша при производстве ветчин и рубленых полуфабрикатов. Эффективность технологических решений подтверждена производственной апробацией в условиях мясоперерабатывающих предприятий Липецкой и Белгородской областей.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах Публикации в изданиях рекомендованных ВАК РФ

1. Антипова, JLB. Производство мясных полуфабрикатов с использованием методов биотехнологии [Текст] / JI.B. Антипова, Н.М. Ильина, Ю.Ф. Галина, В.Е. Ильин // Известия вузов. Пищевая технология., 2011. - № 1 (319). - С. 24-26 (0,19 пл. / доля соискателя 0,05 пл.)

Статьи и материалы конференций

2. Ильина Н.М. Изучение возможное™ производства мясных полуфабрикатов на основе методов биотехнологии [Текст] / Н.М. Ильина, A.B. Ситникова, Ю.Ф. Гатина, В.Е. Ильин // Совершенствование техники, технологии и методов управления на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности: материалы VII научно-практической конференции. Воронеж, межрегион, ин-т переподгог, кадров пищ. и перераб. пром-сти, Воронеж, 2007. -С. 129-131 (0,19 плУдоля соискателя 0,05 пл.)

3. Глотова, И А. Перспективные региональные источники мясного сырья и пуга расширения ассортимента продукции с ах использованием [Текст] / ИА. Глотова, Ю.Ф. Галина //' Успехи современного естествознания.- 2008. - № 2. - С. 44-45 (0,13 пл / дата соискателя 0.06 пл.)

4. Галина Ю.Ф. Использование гидролизатоз коллагенового сырья в технологии производства цельномышечных продуктов [Текст]/ Ю.Ф. Галина, JI.B. Кульнева// Материалы студенческой научной конференции. Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 2008. - С. 204205 (0,13 пл7 доля соискателя 0,06 пл.).

5. Ильина Н.М. Использование коллагенового гидролизата в технологии цельномышечных продуктов [Текст] / Н.М. Ильина, Ю.Ф. Галина // Совершенствование техники, технологии и методов управления на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности: материалы VIII научно-практической конференции. Воронеж, межрегион. ин-т переподгог. кадров пищ. и перераб. пром-сш, Воронеж, 2008.-С 55-56 (0,13 плУдаля соискателя 0,06 пл).

6. Ильина Н.М. Использование биологически активных веществ для разрыхления структуры коллагена [Текст] / Н.М. Ильина, Л.В. Кульнева, Ю.Ф. Галина, ЮАДемченко, Ю.Г. Рогачева // Совершенствование техники, технолога! и методов управления на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности: материалы VIII научно-практической конференции. Воронеж, межрегион. ин-т переподгот. кадров пищ. и перераб. пром-cm, Воронеж, 2008. - С. 94-96 (0.13 пл./ доля соискателя 0,03 пл.).

7. Ильина Н.М Динамика ферментативного гидролиза коллагена говяжьей жилки [Текст] / Н.М. Ильина, Ю.Ф. Галина // Материалы XLVIII отчетной научной конференции за 2009 год: В 3 ч. / Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 2010. - Ч. 1. - С. 80-81 ( 0,06 пл/доля

соискателя 0,03 пл).

8. Ильина Н.М.. Использование гвдролизатов коллагена в технологии цельномышеч-ных продуктов [Текст] / Н.М. Ильина, Ю.Ф. Галина //Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство: материалы международной научно-технической конференции. Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 2008.- С.366-368 (0,125 плУдоля соискателя 0,07 пл.)

9. Галина Ю.Ф. Использование биомодифицированного коллагена в технологии мясопродуктов [Текст] / Ю.Ф. Галина // Совершенствование техники, технологии и методов управления на предприятиях пишевой и перерабатывающей промышленности: материалы X научно-практической конференции. Воронеж, межрегион, ин-т персподгог. кадров пищ. и перераб. пром-ста, Воронеж, 2010.-С. 117-121 (025 плУдоля соискателя 0,25)

10. Галина Ю.Ф. Использование биомодифицированного коллагена в технологии мясопродуктов [Текст] / Ю.Ф. Галина, Т.С. Таркина, Ильина Н.М., Ильин В.ЕУ/Современные наукоемкие технологии,- 2010. -№ 3. - С.31-32 (0,13 пл/доля соискателя 0,03 пл).

11. Антипова Л.В. Реализация биопотенциала второстепенного коллагенсодержащего сырья в перерабатывающих отраслях АПК на основе бисгтехнологических методов [Текст] /Л.В Антипова, И.А. Глотова, Н.М. Ильина, Ю.Ф. Галина, CA. Сторублевцев, И.В. Втору-шина, E.H. КостинаУ/Биотехнология: экология крупных городов: московская международная научно-лржшчеекзя конференция, Москва, 2010. - С. 201-202 (0,13 плУдоля соискателя 0,02 пл).

12. Антипова Л.В. Оптимизация условий биомодификации коллагенового сырья [Текст] /Л.В Антипова, Ю.Ф. Галина, НМ Ильина, М.А. Демихова, В.Е. Ильин.// Инновационные технологаи в мясопереработке: оборудование, технологии, менеджмент: международная научно-техническая конференция, Краснодар.-2011 .-С.24-28 (0,25 плУдоля соискателя 0,05 пл).

13 Ильина Н.М. Изучение влияния различных факторов на процесс ферментативного гидролиза говяжьей жилки [Текст] / Н.М. Ильина, Ю.Ф. Галина, В.Е. Ильин, М.А. Демихо-ваУ/ Совершенствование техники, технологаи и методов управления на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности: материалы XI научно-практической конференции. Воронеж, межрегион, ин-т переподшт. кадров пищ. и перераб. пром-сти, Воронеж, 2011.-С. 129-132 (0,19 плУ доля соискателя 0,05 пл.).

14. Антипова Л.В. Оценка качества ветчины, полученной с использованием методов биотехнологии [Текст] / JLB. Антипова, Ю.Ф. Галина, Н.М. Ильина // Материалы XLIX отчетной научной конференции за 2010 год: В 3 ч. / Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 2011. - Ч. 1. - С. 51-56 ( 0,3 плУдоля соискателя 0,1 п л).

15. Antipova L.V. Realization of Biopotential Minor Collagen Raw Materials in Processing Branches of Agrarian and Industrial Complex on the Basis of В technological Methods [Text]/ L.VAntipova, IA. Glotova, SA. Storublevtsev, J.V.Boltyhov, I.V. Vtorushina, NMIlina and J.F. Galina// Biotechnology and the Ecology of Big Cities, Nova science Publishers. Inc.- New York, 2011.-P.159-171 (0,75 плУдоля соискателя 0,11 пл).

16. Патент РФ 2008126970/13 Российская Федерация МПК Кл.7 А23В4/023; A23L1/31 Способ получения композиции для посола мяса при производстве цельномышечных продуктов [Текст]/ Н.М. Ильина, И А. Глотова, Ю.Ф. Галина; патентообладатель Воронежская государственная технологическая академия, заявл. 02.07.2008 (0,43 плУ доля соискателя 0Д2)

Подписано в печать 19.01.2012. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 02

ФГБОУВПО «Воронежский государственный универсэтет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Огдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета» отдела полиграф1Я1: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

61 12-5/1818

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОЛИЗАТОВ КОЛЛАГЕНА В ЧАСТНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

МЯСОПРОДУКТОВ

05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств»

05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ»»

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ, почетный работник ВПО РФ, доктор технических наук, профессор, зав.кафедрой ПБ и ПЖ и РС ФГБОУ ВПО ВГУИТ Л.В. Антипова

На правах рукописи

ГАЛИНА ЮЛИЯ ФИЛЬГАТОВНА

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2012

33

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7

1.1 Российский рынок мясной гастрономии 7

1.2. Опыт и эффективность применения

функциональных пищевых добавок д

в технологиях мясных продуктов

1.3. Коллагеновые белки тканей животных

как объект для создания импортзамещающих технологий с заданными функциональными свойствами

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ,

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Вторичное коллагенсодержащее сырье мясной промышленности, коллагеновые полупродукты, ингредиенты и продукты с их использованием

2.2. Пищевые органические кислоты: характеристика, 35 обоснование применения

2.3. Протеолитические ферментные препараты: 36 характеристика, обоснование применения

2.4. Схема экспериментальных исследований 39

2.5. Методы исследований 41

2.6 Математическое моделирование процесса ^

2.7 Моделирование рецептур и статистическая

обработка результатов эксперимента 56

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ

И ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОЛЛАГЕНОВОГО ГИДРОЛИЗАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ 60

3.1. Влияние физико-химических и биотехнологических методов модификации на структуру коллагенсодержащего сырья

3.2. Оптимизация условий гидролиза коллагенсодержащего сырья ферментным препаратом «Коллагеназа пищевая»

3.3. Оценка фракционного состава гидролизата коллагена 72

3.4. Оценка безвредности гидролизата коллагена 76 3.5 Технологическая схема получения

гидролизатов коллагена и исследование свойств твердого остатка

60 69

ГЛАВА 4. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ ГИДРОЛИЗАТОВ КОЛЛАГЕНА 81

4.1. Влияние гидролизатов коллагена ^ на микроструктуру мясного сырья

4.2. Влияние гидролизатов коллагена

на функционально-технологические ^

и реологические свойства мясных систем ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ

ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ГИДРОЛИЗАТОВ

КОЛЛАГЕНА В ЧАСТНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

МЯСНЫХ ПРОДУКТОВ 94

5.1. Использование гидролизатов коллагена в составе многокомпонентных рассолов для посола мяса

5.2. Применение твердого остатка

в технологии производства ^ ФЗ

ветчин и рубленых полуфабрикатов

5.2.1 Производство ветчин 103

5.2.2 Производство рубленых полуфабрикатов 112 ВЫВОДЫ 121 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 123 ПРИЛОЖЕНИЯ:

1. Оценка экономической эффективности предложенных 140

технических решений

2. Акты опытно-промышленной апробации 156

3. Техническая документация 165

4. Патент на изобретение 218

ВВЕДЕНИЕ

С начала 2006 года в России полным ходом идет реализация одного из четырех приоритетных национальных проектов - «Развитие АПК». Одно из направлений проекта - возрождение поголовья сельскохозяйственных животных и развитие внутреннего производства мяса [47,79, 81].

Приоритетной задачей для производителей мясной отрасли является создание конкурентоспособной, безопасной и качественной продукции. Принимая во внимание тенденцию российского рынка на увеличение потребительского спроса на варено-копченые мясопродукты, ветчины и рубленые полуфабрикаты, необходимо создание разнообразного по номенклатуре и неоднородного по ценовым уровням ассортимента продукции, рассчитанного на материальные возможности и покупательную способность различных слоев населения [47, 66].

Анализ базового ассортимента отечественных мясных изделий свидетельствует о том, что варьирование параметров технологической обработки позволяет получать из одного и того же вида сырья (части туши) широкий спектр мясопродуктов с различными органолептическими показателями, продолжительностью производственного цикла, выходом готовой продукции, сроком хранения и т.д. [98].

Зарубежная практика и передовой отечественный опыт показывают, что данный ассортимент может быть в значительной степени расширен как за счет вовлечения в производство нетрадиционных видов сырья, так и за счет более рациональной разделки мяса на кости, использования эффективных физико-химических методов модификации его функционально-технологических свойств и органолептических характеристик.

В современных рыночных условиях продукты должны быть не только вкусными и полезными для здоровья, но и конкурентоспособными. Решению этих задач может способствовать только применение инновационных технологий и разработок.

Новые сведения по использованию коллагенсодержащего сырья представляют вполне определенный интерес и перспективу в укреплении сырьевой

базы мясной промышленности, обеспечении животным белком, создании безотходных экологически чистых технологий, повышении биологической ценности, эстетического (товарного) вида продуктов, сокращении потерь, максимальном и рациональном использовании мясного сырья. Обобщение сведений в данном направлении позволяет внедрить принципиально новые технологии и продукты (профилактические, специальные, лечебные), удовлетворяющие режимам экономии и отвечающие физиологическим нормам питания [9, 19,47, 51].

В России весомый вклад в подходы к рациональному использованию коллагенсодержащего сырья, а также получению на его основе пищевых добавок, покрытий, биологически активных ингредиентов, композитов внесли ученые - JI.B. Антипова, И.А. Рогов, А.И. Жаринов, А.Б. Лисицын, H.H. Липатов, А.Г. Розанцев, Г.И. Касьянов, А.И. Мглинец, А.Л. Кудряшов и др.

Цель работы - разработка технологий производства мясных продуктов с применением гидролизатов коллагена на основе изучения его физико-химических свойств и обоснование рациональных способов его применения

Задачи:

- Обоснование выбора сырья и ферментных препаратов для направленной биомодификации коллагенсодержащего сырья с целью получения гидролизатов с заданными функциональными свойствами.

- Условия проведения ферментной обработки коллагенсодержащего сырья;

- Оценка состава полученных форм гидролизатов коллагена;

- Влияние гидролизатов коллагена на функционально-технологические, структурно-механические свойства мясного сырья и гистоморфологическая оценка тканей;

- Обоснование применения гидролизатов коллагена в частных технологиях мясных продуктов.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Пищевой биотехнологии и переработке животного и рыбного сырья» ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» и соответствует п. 1 «Изучение состава и свойств сырья и закономерностей формирования заданных ка-

чественных показателей мясных, молочных и рыбных продуктов, их холодильной обработки и хранения», п. 2 «Разработка принципов переработки сырья животного происхождения, включая побочные продукты, создание технологий производства и хранения мясных, молочных и рыбных продуктов, в том числе для детского, здорового и специального питания», п.З «Производство модифицированных пищевых добавок и продуктов с использованием мясного, молочного и рыбного сырья», п. 4 «Изучение биохимических, микробиологических, физико-химических и реологических изменений в процессе производства и хранения мясных, молочных и рыбных продуктов», п. 7 «Создание технологий мясных, молочных и рыбных продуктов с использованием микробиологических ферментных, а также биологически активных веществ, пищевых красителей и ароматизаторов» паспорта специальности 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств» и п. 5 «Функционально-технологические свойства сырья, пищевых добавок и пищевых систем», п. 10 «Питание функционального назначения» паспорта специальности 05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ».

ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Российский рынок мясной гастрономии

Российский рынок колбасных изделий является одним из самых быстро-оборачиваемых рынков в российской пищевой промышленности. В связи с этим все больше российских и западных компаний рассматривают его как наиболее перспективный для развития. К продуктам мясной гастрономии относятся различные виды колбас, сосиски, сардельки, шпикачки, мясные деликатесы, ветчина, паштеты и др. По тому, как часто и в каких количествах люди потребляют мясные продукты, судят об экономическом благосостоянии и здоровье нации.

Изделия мясной гастрономии в последние годы пользуются у населения особой популярностью. Эта продукция занимает четвертую позицию в шкале продуктов, пользующихся постоянным спросом у населения, уступая овощам, фруктам, молочным и хлебобулочным изделиям. Рынок мясной гастрономии отличается разнообразием - ассортимент продуктов здесь очень широк. При этом количество представленных на рынке марок и разновидностей продолжает увеличиваться: если к концу 2005 г. на российском рынке присутствовало 5 тыс. разновидностей продуктов мясной гастрономии, то к концу 2006 г. их число выросло до 5,5 тыс., т.е. на 10% [73, 78, 83].

Еще более внушительным за последний год стало увеличение числа продуктов на одну торговую точку - рост того ассортимента, который нужен потребителю. Так, количество разновидностей мясной гастрономии, представленных на выбор покупателей, увеличилось более чем на 25%.

Расширение ассортимента продукции мясной гастрономии происходит в торговых точках всех форматов. В меньшей степени это характерно для гипер-, супермаркетов и дискаунтеров, где выбор продуктов мясной гастрономии уже и так достаточно широк. Более быстрыми темпами увеличивается ассортимент в небольших продовольственных магазинах и павильонах.

Структура потребления продуктов мясной гастрономии на протяжении

последних двух лет остается достаточно устойчивой. Наиболее значительные изменения можно отметить в секторе колбасных изделий. Так, сократилась доля популярных и доступных по цене вареных, полукопченых, варено-копченых колбас, сосисок, сарделек и увеличился удельный вес продуктов цельнокуско-вых копчено-вареных, запеченых, сырокопченых.

Среди других изменений в категории мясных продуктов можно отметить увеличение спроса на ветчину.

По мере роста благосостояния населения первыми насыщаются и становятся конкурентными продовольственные рынки наиболее доступных, недорогих товаров. Что касается рынка изделий мясной гастрономии, то уровень достатка населения страны не позволяет покупать эти продукты в том объеме, в котором возникает желание. В связи с этим рынок еще недостаточно насыщен, есть потенциал роста.

Категория замороженных полуфабрикатов объединяет целый ряд самых различных продуктов. Это: пельмени, вареники, блинчики, разнообразные мясные изделия, пицца, замороженное тесто и изделия из него, овощи, грибы и ягоды и т.д [83,97,117].

Российский рынок замороженных полуфабрикатов сегодня переживает период бурного роста: в последние несколько лет ежегодный прирост продаж здесь составлял 10-14% в натуральном выражении и в 2007 году превысил 1150 тыс. тонн.

Активному развитию рынка «заморозки» способствует целый ряд факторов. С одной стороны, ускоряющийся ритм жизни, диктующий необходимость экономить время на домашнем приготовлении пищи, стимулирует спрос на продукты быстрого приготовления. С другой - развитие рынка происходит и с позиций предложения: благодаря улучшению технологий производства повышается как качество, так и разнообразие продуктов. Помимо этого, развитие розницы (в том числе и так называемых «новых форматов» - супер- и гипер-маркетов, дискаунтеров) обеспечивает как требуемые условия хранения про-

дукции, так и ее доступность для покупателя, что также положительно сказывается на динамике продаж категории.

Самым емким на рынке «заморозки» остается сегмент рубленых полуфабрикатов - котлет, на который по объему приходится порядка половины всех продаж [97].

Вышеуказанные виды мясных продуктов на рынке не имеют достаточного насыщения, что позволяет расширить их ассортимент за счет использования модифицированных рецептур.

1.2 Опыт и эффективность применения функциональных пищевых добавок в технологиях мясных продуктов

Отрасль пищевых ингредиентов в России является относительно молодой: она активно развивается последние 15 лет [95]. Мировые тенденции развития производства и потребления пищевых ингредиентов связаны с разнообразием их технологических функций и возможностью создавать новое поколение продуктов питания с их помощью.

Традиционно, основными потребителями пищевых ингредиентов являются мясоперерабатывающая, кондитерская, хлебопекарная, молочная, масложи-ровая, пищеконцентратная отрасли, а также производство безалкогольных и алкогольных напитков, фармпрепаратов и косметики. За последние годы значительно расширился ассортимент пищевых продуктов в целом и товаров для здорового питания - в частности, что, безусловно, связано с ростом предложения по безопасным и качественным пищевым добавкам, которые получили широкое применение и в России. Использование пищевых и биологически активных добавок, физиологически функциональных компонентов, ароматизаторов является одним из важнейших факторов современного производства пищевых продуктов заданного состава, аромата, вкуса, текстуры и качества в течение всего срока годности, условием интенсификации переработки пищевого сырья, совершенствования технологий, расширения ассортимента.

Развитие отрасли пищевых ингредиентов сдерживается низкой поддержкой со стороны государства и пока значительно уступает уровню развития этой отрасли в зарубежных странах. Рынок насыщается, в основном, за счет импортной продукции, а не внутреннего производства. По оценке РЖ- [95], доля иностранных производителей является в среднем подавляющей и составляет 86%, тогда как отечественных - всего 14%. Тем не менее, несмотря на многие трудности, рынок пищевых ингредиентов в России развивается опережающими темпами по сравнению с другими отраслями перерабатывающей промышленности - как в качественном, так и в количественном отношении. Катализатором данных процессов выступают концепция здорового питания и урбанистический образ жизни.

Экспертный анализ структуры рынка по группам пищевых ингредиентов показывает [95], что наибольшее количество поставщиков в России представлено в сегментах ароматизаторов (около 29%) и консервантов (около 24%). Также развиты поставки красителей (19%) и антиокислителей (13%). Сегменты пищевых кислот (6%), глазирователей (6%) представлены незначительно.

В России представлены практически все мировые производители пищевых ингредиентов, которые открыли здесь свои представительства или имеют дистрибьюторов. Отечественные предприятия стремятся усилить свои позиции на рынке, создать конкурентоспособную продукцию в противовес импортной. За последние годы в России были открыты новые предприятия по производству пищевых ингредиентов, часть из них - с участием иностранного капитала.

Российский рынок сильно дифференцирован: в Москве доминируют иностранные производители. В регионах, напротив, более весомо представлены российские компании, среди которых есть как мелкие локальные производители, так и крупные игроки, работающие в масштабах страны.

По некоторым прогнозам, к 2015 году отечественные производители займут 45-50%) российского рынка пищевых ингредиентов. Факторами, влияющими на рост продаж ингредиентов, производимых в нашей стране, являются близость к заказчикам (конечным потребителям), знание специфики покупатель-

ского спроса, возможность оперативного решения технологических проблем предприятий, отлаженность логистических услуг, низкие цены (по сравнению с импортом).

Оценки объема рынка пищевых ингредиентов в России, сделанные различными экспертами отрасли и игроками рынка, значительно разнятся: цифра колеблется от $1,5 до $3 млрд. Средний показатель выявил анализ от РБК: $2,1 млрд. на момент 2010 года при темпах роста в 5%.

Если говорить об основных тенденциях российского рынка, то следует отметить, что они соответствуют мировым и полностью отвечают лозунгу нашего времени: «Пищевые продукты XXI века - это здоровье и вкус»:

• Отход от применения искусственных добавок в пользу натуральных ингредиентов;

• Рост рынка функциональных п�