автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Создание белкового препарата на основе модифицированного белка муки семян гороха для использования в производстве мясных изделий

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи УДК 637.523: 664.932.4: 635.654

ПЕТЕР

*

Татьяна Адольфовна

СОЗДАНИЕ БЕЛКОВОГО ПРЕПАРАТА НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО БЕЛКА МУКИ СЕМЯН ГОРОХА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ МЯСНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов

л

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Москва - 1997

Работа выполнена на кафедре "Технология мяса и мясопродуктов" Московского государственного университета прикладной биотехнологии (МГУПБ)

Научный руководитель - кандидат технических наук,

Н.Г. КРОХА

- кандидат технических наук,

И .А. БАБАЕВ

Научный консультант - кандидат технических наук,

В.Т. ДИАНОВА Официальные - доктор химических наук,

оппоненты профессор

Э.Г. РОЗАНЦЕВ

- доктор технических наук,

профессор В.И. ХЛЕБНИКОВ Ведущее предприятие - Всесоюзный научно-исследовательский

институт мясной промышленности

Защита диссертации состоится

1997 г. в /К на ^ заседании Диссертационного совета К 063.46.01 в Московском государственном университете прикладной биотехнблогии по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, д. 33, Конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГУПБ Автореферат разослан

•Л^ 1997-г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Канд. техн. наук, доц.

А.Г. ЗАБАШТА

Общая характеристика работы

Актуальность. Использование различных белковых препаратов на эснове растительного сырья в технологии мясных продуктов - перспективное направление в решении проблемы восполнения наблюдающегося острого дефицита белка.

Уникальным сырьем для получения полноценного белка среди растений являются белки семян семейства бобовых. Последние физико-химические и медико-биологические исследования растений этого :емсйства позволили обнаружить также высокое содержание в них раз-пнчных микрокомпонентов, обладающих биологической активностью, известных как мощный алиментарный фактор в профилактике и лечении различного рода патологических состояний, связанных с нарушениями обмена веществ.

В технологии мясных изделий широкое применение нашли всевозможные препараты, полученные при переработке бобов сои, в виде муки, концентратов, а зачастую - изолятов (процесс выделения и очистки которых приводит к потере большинства биологически активных веществ), поставляемые на отечественные предприятия различными фирмами-производителями. Однако исстари Россия обладает собственным источником полноценного белка растительного происхождения в виде издавна и широко культивируемого гороха различных сортов.

Горох и белковые продукты его переработки содержат полноценный белок, крахмал, минеральные вещества, различные витамины. Большинство стран мира, являющихся производителями гороха (Франция, Япония, Германия, США, Украина, Россия), проявляют интерес к исследованию свойств и способов применения семян эюю растения.

Белковые продукты переработки семян гороха, в силу своих низких функциональных свойств (ФС) и потребительских характеристик, имеют ограниченное применение в технологии мясных продуктов, поэтому для их использования необходимо создание и промышленное освоение способов модификации белка семян гороха.

Существующие методы повышения эффективности применения белковых продуктов переработки семян гороха основаны на приготовлении эмульсий на его основе, термическом воздействии, использовании его в смсси с другими препаратами. Эго привадит к расширению области использования семян гороха, однако не позволяет радикально изменить комплекс его негативных свойств. Внедрение таких методов в промышленное производство затруднено вследствие необходимоеы

1-иъ

1

дополнительных изменении свойств и введения различных обогатите лей в мясорастительныс продукты.

Поэтому разработка технологии, включающей устранение нега тпвных функциональных и потребительских характеристик белковыз продуктов переработки семян гороха и производство комбинирован ных изделий с использованием модифицированного сырья приобретае: особую актуальность и может способствовать увеличению объемо! производства полноценных продуктов питания, в том числе специаль пого назначения.

Сегодня известны различные способы, позволяющие позптивне изменить качественные характеристики белковых препаратов. На паи взгляд, наиболее биологически естественным из известных являего ферментативный гидролиз как один из метаболпстических процессов лежащих в основе многих пищевых биотехнологии. Использование прогеолнза открывает широкие возможности для промышленной пере работки белков в пищевые продукты необходимого качества.

Исследования, направленные на разработку способа полуенн* белкового препарата (БП) на основе модифицированного белка в составе муки семян гороха в виде белково-углеводного модуля (БУМ) обладающего высоким уровнем функциональных и потребительских характеристик, изучение его свойств и целесообразности применения е технологии комбинированных мясных изделий, составляют предмет настоящей диссертации.

Ноль и задачи исследования. Целыо проведения настоящей работы является разработка технологии БП из муки семян (далее .муки) гороха путем эндогенного ферментативного гидролиза и вареных колбасных изделий с его использованием.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач:

- обосновать выбор перспективного, с точки зрения пищевой и биологической ценности, сорта муки гороха отечественного районирования;

- разработать способ модификации белка муки гороха эндогенными прогсазами;

- разработать способ получения БП с требуемым комплексом ФС;

- установить изменения в молекулярной структуре гидролпзовапного белка муки г ороха, а также трансформацию его ФС;

- разработать технологическую схему производства вареной колбасы с БУМ, провести оценку экономической эффективности, полученной ог внедрения результатов исследования;

- подтердить общность подхода к модификации белка муки бобовых эндогенными протеазами на примере растения-гомолога.

Научная новизна. Впервые разработан способ модификации бел-сов гороха путем эндогенного гидролиза. В результате проведенной заботы получены данные о процессе гидролитических изменении бел-сов муки гороха Е процессе их эндогенного протсолиза. Изучен ме\а-ппм гидролиза модификации белка муки гороха эндогенными ripoiea-еами. Обоснован выбор фермента, инициирующего действие эндогенных протеаз, установлено оптимальное количественное соотношение фотеазы к субстрату равное 1 : 100.

На модели - IIS белке бобовых - легумине изучены изменения, фоисходящие в белках на молекулярном уровне, вследствие эндоген-юго гидролиза. Полученные результаты позволили охарактеризовать модифицированные БП как новые БУМ, обладающие параметрами ¡елковой фракции отличными от нативных.

Установлено, что накопление в 7'Л'У-неосаждаемой фракции проектов эндогенного гидролиза белка муки гороха в ходе модификации опровождается повышением ФС БП. Отмечено также улучшение сен-орных характеристик БП вследствие эндогенного протеолиза.

Установлено, что введение БП муки гороха в состав колбасного зарша приводит к улучшению его функциональных и структурно-(еханических показателей. То же наблюдается и при замене части мяс-юго фарша эмульсией, приготовленной на основе БП муки кормовых ¡обов (vicia faba).

Выявлено, что введение БП tie изменяет аминокислотного состава 'елка готовой колбасы. Повышается переваримость белка термообра-¡отанных фаршей в опытах in vitro в сравнении с продуктами, содержащими натпвную муку (НМ) бобовых. Установлено, что введение БП рецептуру вареной колбасы приводит к обогащению и улучшению кусоароматических характеристик, повышению интенсивности и устойчивости окраски готового продукта.

Обосновано заключение, что введение в состав комбннированно-о колбасного изделия 25 %-ого количества БУМ, как в виде подпои успензии, так и в эмульгированном состоянии, гарантирует хорошие |ункциональные качества, привлекательным внешний вид и цвет изде-пя, а также позволяет получить приятный насыщенный вкус готовою родукта.

Практическая значимость. Обоснован выбор перснекднвното. с очки зрения пищевой и биологической иенност, сорта муки юроха течесгвснного районирования. Определены параметры и условия роведення процесса эндогенного гидролиза муки бобовых на примере эроха п кормовых бобов, обеспечивающие приближение его качеа-;нных показателен к аналогичным для гндратированного соевою глкового нзолята (СБИ). На основании полученных данных разрабо-

тана технология производства БП из муки гороха сорта "Орпслла" i кормовых бобов сорта "Янтарный".

Показано, что предлагаемая технология позволяет получить БГ из муки гороха и кормовых бобов, обладающий улучшенными ФС, чте является определяющим фактором в обеспечении потребительских ха рактеристик изготавливаемых фаршевых изделий.

Установлено, что использование БП из муки гороха способствуе экономии дорогостоящего мясного сырья, а также нмпортозамещеник белковых препаратов, в частности, получаемых на основе соевых бо бов, и снижению себестоимости вареной колбасы с БП на основе мукт гороха.

Реализация научно-практических результатов. Проведена про мышлениям апробация в условиях ОАО Черкизовского мясоперераба тывающего завода.

Оценка качества выработанных продуктов показала возможное ¡1 применения разработанных БП в технологии комбинированных мяс пых продуктов.

Разработан и находится на стадии утверждения комплект норма тивных документов ТУ 9213-061-02068640-97 колбаса вареная "Орловекая'\с БП из муки гороха).

Апробация работы. Основные положения диссертационной рабогь были доложены и обсуждены на следующих симпозиумах и конферен циях:

1.Тезисы докладов III Международного Симпозиума "Экология чело века: проблемы и состояние лечебно-профилактического питания" 26-30 сентября 1994 г. Москва;

2. Международной научно-технической конференции "Прикладно] биотехнологии на пороге XXI в.". 13-15 апреля 1995 г. М., 1995;

3. Международной конференции "Лечебно-профилактическое и детско питание". 27-31 мая, 1996 г. С.-Петербург, 1996.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печаг пых работ.

• Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит и введения, 6-и глав, включающих состояние вопроса, методы исследо ваши;, экспериментальной части, заключения, выводов, списка иегюль зеванной литературы, содержащего 234 наименований источников, том числе 89-и иностранных, 6 приложений.

Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, вклю чающих 23 таблицы и 31 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во пвслеиим дано обоснование актуальности выбранного направ-пеиия исследований в свете проблем, решаемых специалистами отрасли и касающихся перспектив развития полноценного питания.

В первой главе "Обзор литературы" проведен аналитический об-iop данных научно-технической литературы, посвященных основам национального питания, целесообразности изучения способов исполь-¡ования растительных белковых продуктов, в частности гороха, и других растений семейства бобовых в продуктах питания и возможности регулирования их ФС.

Работы отечественных и зарубежных ученых (Высоцкий В.Г., Гол-;тогузов В.Б., Рогов И.А., Бражников A.M., Богатырев A.M.. Crhurcu I.A., Johnson D.W.) в области теории рационального питания свидетельствуют о перспективности использования в пищу такого уникаль-юго источника полноценного белка, минеральных веществ, витами-юв, а также широкого спектра биологически активных веществ, как :емена растений семейства бобовых. Наличие обширных посевных шощадей, а, следовательно, высокая ресурсность для России и стран ЗНГ культуры гороха, позволили выёрать его в качестве объекта про-юдимых исследований. То обстоятельство, что очистка белковых пре-тратов ведет к потере большей части веществ, обладающих биологи-юской активностью, привело нас к необходимости разработки техно-югии получения препарата на основе цельного хырья. семян бобовых с фиродно высоким содержанием биологически полноценных белков.

Обобщение результатов исследований, касающихся влияния пре-1аратов переработки гороха и других бобовых на качество, мясных :омбинированных изделий (Мицык В.Е., Мицык Н.В., Рогов H.A., Тн-ов Е.И., Михайловский B.C., Джурнк Н.П., Gibson P.W., Kadan V.V.) юказало, что их применение приводит к двойному эффекту. Так как, с |Дной стороны, отмечается повышение содержания биологически пол-юц'енного белка и рост пищевой ценности фаршевых изделий, а с дру-ой стороны, происходит ухудшение функциональных характеристик, |пределя1С1цих потребительские свойства комбинированных мясопро-уктов, изложен ряд способов, позволяющих снизить негативный эф-)ект, возникающий при использовании семян гороха. £ыла оооснова-а необходимость разработки метода модификации белка гороха с це-ью получения высокобелковых препаратов, обладающих улучшенны-iit ФС и облагороженными сенсорными характеристиками.

Изучение научно-технической литературы о способах модифика-ии белковых препаратов, влиянии ферментативного гидролиза фотеолиза) на молекулярную структуру белка, возможности посред-Z-Üf ■ • ■ 5

ством протеолиза устранить негативные особенности, присущие на-тивному белковому препарату, а также то обстоятельство, что процесс протеолиза не затрагивает аминокислотного состава белка (Дианова В.Т., Даниленко А.Н., Браудо Е.Е., Ваинтрауб И.А., Adler-Nissen J., Fccney R.E., Whitaker J.R.), позволили определить выбор способа модификации белка муки гороха. Было предложено для гидролитических изменении белков гороха использовать собственную ферментативную систему семян, действующую при их прорастании.

В целом, сведения, приведенные в главе, их обобщение и анализ позволили определить направление исследований, необходимых для достижения цели настоящей работы, метод и результаты которой изложены ниже.

Во второй главе "Организация эксперимента, объекты и методы исследований" представлена схема эксперимента, характеристика объектов исследований, определен комплекс изучаемых показателей, описаны методы их определения. Объектами исследования служили: мука гороха и кормовых бобов сортов отечественного районирования; препараты прогеолитическнх ферментов: трипсин, папаин, пепсин, препарат микробиологических протеаз; реакционные суспензии муки гороха "Орпелла", инициированные пепсином при различных условиях; реакционные суспензии муки кормовых бобов сорта "Янтарный"; БП и на-тивная суспензия муки гороха сорта "Орпелла"; БП и нативная суспензия муки кормовых бобов сорта "Янтарный"; фаршевые системы на основе говядины I сорта, свинины жирной (d01a=: 2-3 мм), содержащие: гндратированный 1 : 4 СБИ (Isolated Soy Protein ISP-95, Distributed by: BIOTETRA Vaderlandstraat 50, 9000 gent, BELGIUM), БП из муки гороха, 20 %-ную суспензию муки гороха "Орпелла", эмульсию на основе БП из муки кормовых бобов сорта "Янтарный", эмульсию на основе 2Ü %тНой суспензии муки кормовых бобов сорта "Янтарный" к'уттерован-ные до и после тепловой обработки (t = 70±2°С,-1 = 60 мин).

. Последовательность выполнения экспериментов, исследуемые объекты и условия воздействия показаны на рис. 1, Параметры изучаемых объектов на всех этапах исследований определяли: содержание влаги (1), белка (2), жира (3), золы (4), концентрацию ионов водорода (5) по стандартным методикам; аминокислотный состав (6) - методом ионообменной хроматографии; концентрацию белковых растворов (7) - методом микробиурета; протеолитическую активность ферментов (8) - методом Ансона; содержание свободных аминогрупп (9) - по оптической плотности Г^У-расгворимой фракции: выделение IIS глобулина (10) - методом избирательной термической денатурации (разработанным в ИПВ РАН с. н. с. А.Н.Даниленко); мпкрокалориметрический анализ (11) - на дифференциально микрока-

Анализ информации о природе семян бобовых, функциональных особенностях, возможностях использования муки семян бобовых и способах модификации белковых продуктов

Выбор перспективного дли России вида сырья

Выбор способа модификации

Разработка рабочей гипотезы по мооификации белка семян гороха посредством эндогенного гидролиза

Экспериментальные исследования

Объект 1. мука семян гороха, 2.мука семян кормов, бобов, 3. экзогенные протеоли-тические ферменты, Условия ионная сила растворов, соотношение Е/Б, рН, экстракция, температура, концентрация

Качественные характеристики изучаемых объектов физико-химические, биотехнологические /1 - 4, 6, 8/

Качественные характеристики исходной и модифицированной муки семян бобовых физико-химические, функциональные./5,7,9 - 14/

Экспериментальные исследования фаршевых систем

Объект 1. сырые фаршееые системы, 2. термообработанные фаршееые системы /1-6,15-1 Условия вид вносимой добавки, способ ее предварительной обработки, уровень введения 2/

Апробация технологии и разработка НД

Рис. 1. Схема проведения эксперимента

лориметрс-ДАСМ-4; SDS-Na ступенчатый электрофорез в полиакрт ламидпом геле (12), стабильность эмульсий (13), критическую копнет грацию гелеобразования (14), влагосвязывающую способность (ВСС (15)- по стандартным методикам; структурно-механические свойств (напряжение стандартной пенеграции, период релаксации, усилие ср< за, работа резания) (16) - на универсальной машине "Instron-1122"; вь ход готового продукта (17), потери массы при термообработке (18) - п стандартным методикам; переваримость белков протеолитическнм ферментами (19) - по методу Покровского А. и Ертанова Е. в модиф!' кации МГУПБ; содержание летучих органических соединений (ЛОС (20) - методом газовой хроматографии при участии с. н. с. ИПВ РА1 М.А. Мишариной; определение окраски (21) - по спектральным xapai теристикам; органолептику готового продукта (22) оценивали по пяп балльной шкале. Обработка экспериментальных данных осуществл) лась методами математической статистики.

Автор благодарит Даннленко А.Н., Браудо Е.Е., Мишарину Т./ за помощь при проведении экспериментов.

В третье» главе "Разработка технологии получения белков< углеводного модуля из муки семян гороха" исследовано 10 сортов г< роха, рекомендованных Государственным Научным Центром зерноб( бовых по полезнохозяйственным свойствам с целью выбора наиболс перспективного по пищевой и биологической ценности.

Таблица 1.

Содержание, /а Белка Влаги Жира Золы * Углеводов

Орловчашш 1 24,5 ±0.33 13,57+0.21 2.0710,03 2.9910,03 -56.8711,02

Ор. п с ■ 23,68±0.37 13,55 ±0,19 1,7ПЮ,02 2,9710.02 58,010,98

Ори е. vi а 29,54+0,32 13,55±0,16 1,6110,02 2,9710,04 52,3311,16

Спрут 22,7010.28 13,68±0,13 1,9210,03 2,9610,05 58,74+1.09

Смарагд 29,13±0,31 13,4210,18 1,6710,01 2,5410,04 53.2410,88

Зарянка 23.47±0,21 13,5910,24 1,85Ю,02 2,7210,05 58,371-1,13

Труженик 29,61 ±0,26 13.6710,20 1,9410,02 2,52±0,04 52,26+1,01

Норд 23,89±0,34 13,63+0,18 2,0510,01 2,6410,03 57,7910,92

Орловчашш 2 24,1510,19 13.62Ю.21 2,0310,03 2.7310,03 57,4710,74

III vcmpuK 22,18 ±0,29 13,6610,23 1,9810,03 2,8110,04 59,3711.05

*/ углеводы определены по разности

Таблица 2.

Аминокислоты, (эталон ФАО/ВОЗ) Белка муки гороха "Орпела" Белка муки гороха "Смарагд " Белка муки гороха "Труженик

аминокислотный скор. % аминокислотный скор, % аминокислотный скор, %

1. Изолейции .!;...................(4-5] 103,11 110,52 107,12

2. Лейцин.........:..................(7,0) 101,23 105,18 106,47

3. Лизин..............................(5,5) 127,02 135,12 131,18

4. Метионин + цистин......(3,5) 93,18 37,42 36,15

5. Фешпалании + тирозин. (6,0) 119,65 . 135,21 121,98

6. Триптофан......;............. (1,0) 135,00 129,00 132,00

7. Треонин..........................(4,0) 98.84 82,07 90,54

8. Ваши.............................. (5,0) 101,2 92,2 94,42

Основываясь на экспериментальных данных, в качестве сырья для эндогенного протеолиза нами была выбрана мука семян гороха "Орпелла" как обладающая максимальным, среди исследованных сортов, содержанием белка (табл. 1) и наилучшим образом сбалансированная по аминокислотному составу (табл. 2).

В ходе тщательного анализа литературы, а также на основании систематически проводимых Институтом биохимической физики РАН исследований, была выдвинута рабочая гипотеза о возможности эндогенного протеолизг. белка муки гороха без предварительного выделения из муки. Из. литературы известно, что белки гороха представлены солерастворимыми глобулинами, а также альбуминами, из числа которых выделены два типа эндогенных протеаз гороха с оптимумами действия рН = 5,0 - кислые и рН = 7,5 - нейтральные. Согласно рабочей гипотезе, эндогенную модификацию планировали проводить при следующих условиях: ионная сила раствора - 0 или 0,5, кислотность на этапе эндогенного протеолиза - 5,0 или 7,5.

Так как покоящиеся семена гороха не содержат протеазы, инициирующей гидролиз собственных запасных белков, в качесте инициаторов действия собственных ферментов был изучен ряд экзогенных протеаз, широко известных, доступных и безопасных для человеческого организма: пепсина, трипсина, папаина и препарата кислых протеаз микробиологического происхождения. Установлена величина протео-литической активности гидролаз, основываясь на значениях которой предстояло проводить дальнейшие исследования.

з-т.

9

С целью обоснования выбора экзогенной протеазы-инициатора активности эндогенных протеолитических энзимов, определяли активность экзогенных протеаз в области действия эндогенных протеолитических ферментов. Основываясь на полученных результатах (рис. 2), в качестве инициатора действия собственных протеаз гороха был рекомендован пепсин, так как трипсин, паиаин и препарат микробиологических протеаз способны вызывать гидролитические изменения белка бобовых в области рН действия эндогенных протеаз.

В этой связи, для определения условий эндогенной модификации белка муки гороха изучали гидролитические изменения белка в составе муки, инициированной действием пепсина.

Результаты исследования динамики накопления продуктов гидролиза белка суспензии (рис.3) показывают, что все графические данные отражают лишь действие экзогенного гидролиза, в то время как на участках, отражающих эндогенный протеолитиче-ский процесс не заметно каких-либо изменений. Данный факт указывает , что эндогенные протеазы гороха не действуют в условиях предложенных для эксперимента.

Рис.2. Изменение оптической плотности 1'ХУ-рас,?1воримой фракции 11Б белка бобовых в ооласгпях рН действия энОогеиных протеаз

Ю

A. рН1=2,В, рН2=7Д/7=0.5; Б.

B.

рН1=2,5, рН2-7,5.у/= 0; рН1=2,5, рН2=5,0,уЦ= 0.5

0.2

0,15 ■ ■

0,1

о---о---

/д——д—-'//

• О---О- ■

-А——Л---X---X-

--0 -д

-X

■—ж—ж—ж—ж

30

60

90 120

Время, мин

-о

1С0

-—О— контроль

— Ж — Е/3=1/200

— X —£/5=1/100 --Д-- £/5= Г/50 -О- Е/Э-1/20

Рис.3. Рост оптической плотности ТХУ-растворимой фракции белка муки гороха при инициации пепсином

Выдвинуто предположение, что при выбранных условиях, ввиду низких значений рН, происходят денатурационные изменения запасных белков муки гороха, приводящие к потере активности эндогенных протеаз, вследствие чего они не способны гидро-лизовать собственные белки.

На следующем этапе реакции проводили при значении рН на стадии инициации 3,2 единицы, так как известно, что применение пепсина в области рН больше 3,2-3,5 на данном субстрате не действенно, ввиду потери им протеолитической активности.

Полученные результаты (рис. 4) свидетельствуют, что понижение кислотности среды при инициации практически не снижает интенсивности роста оптической плотности ТХУ-неосаждаемой фракции белка на данном этапе. Тем ич менее очевидно, что в суспензии муки гороха при значении ионной силы 0 на этапе, соответствующем действию нейтральной протеазы семян гороха (рН=7,5), наблюдается некоторый рост оптической плотности. Данный факт может свидетельствовать о деятельности нейтральной эндогенной протеазы муки гороха.

А рН1 = 3.2. ?/12р 5.(1

£ 0,15 с

с

р Щ

| 0 0.1

-X-

и

X—X—X—X—X

О 60 120

И/),' ми иии

—О— 1/х-1/то

ггь

Ж

1/11К1

М - о >

/>'./>/// =3.2. рН2 = 7.5

У--Х -X

М)

Н/Ц'МН ми«

--Д--' а -х

1/100 что

л - О 5

Рис.4. Рост оптической плотности ТХУ-растворимой фракции белка муки гороха при инициации пепсином

Для интенсификации гидролитических изменений белка муки семян гороха было решено провести перед этапом инициации предварительное повышение доступности белка действию инициации (рис. 5). С этой целыо суспензию выдерживали при рН-6,5 в течение 30 минут. Из полученных данных можно заключить, что проведение данной операции позволяет увеличить показатель оптической плотности на этапе эндогенного прогеолиза на 40-60%, то есть приводит к интенсификации постинициированных гидролитических изменений в суспензии муки гороха. При этом максимальной крутизной отличается кривая с Е/Б соотношением 1:100.

о

| рН1 • 3.!. 'рН2 ' 7.5 |

е о.1

I

! 0.05 &

___Х--—-X-----X------X

х- л---А----

А - — —-О----0----0

/А -'-О"

¡4

9 /

И/

...а.....о——а

60 но

бремя, мин

—контроль —О--Е/5* 1/200 —0--Е/5"!/™

—А -Р'3->/50 --Х—с^ч/го

О Й

д---д---Д--.

А" „о----0---

/о ......-х......;Х

Иг"'

V/

V -----О-

4' Р-"' »/ /

„еГ-6-

___-а—

-о-:—о-

-д -о •X

--о

—— контроль —О-- {/5 = Г.'Ю

— О- -иг-гу) —Д-

Рис. 5. Изменение оптической плотности ТХУ-рас/торшюй фракции белка муки гороха

В результате проведенных исследований стало возможным определи п. оптимальные условия эндогенного протеолиза. Однако, в связи с ферментативной природой исследуемых нами процессов, представлялось существенным изучить зависимость интенсивности описываемых гидролитических изменений от температурного фактора.

В ходе эксперимента исследовались следующие температурные режимы: и = 5° С (приблизительно соответствующий температурному режиму сырьевого цеха); 12 = 22°С (комнатная температура); Ь=37"С (темперагура максимальной активности пепсина); 14 = 60"С (предельная температура экстракции запасных белков бобовых).

Полученные результаты (рис. 6) свидетельствуют, что при 1=22° С наблюдается Максимальное увеличение содержания продуктов эндогенного гидролиза в суспензии муки семян гороха "Орпелла". Данное обстоятельство обусловлено тем, что 1=5° С значительно снижает ишенсивность экстракции и инициации, 1=37° С сэо(ветствусг преобладанию экзогенного этапа протеолиза над эндогенным, а I = 60° С приводит к потере активности пепсина.

Таким образом, нами были определены основные параметры модификации белка муки семян гороха эндогенными протеазами (рН, ионная сила, последовательность операций, температура). В результате чет была создана суспензия на основе модифицированного белка муки гороха "Орпелла" с содержанием сухого вещества 10 %. Для расширения возможностей использования в

13

технологии мясных изделий продукта модификации муки семян гороха представлялось целесообразным повысить его концентрацию, с этой целью уменьшили гидромодуль и повысили концен- • грацию титрс}валькых растворов. В результате внесенных изменении была создана новая схема проведения модификации (рис. 7).

i Теипоратурныв изменения I

^ -^.т.*—«--«

/,х"

ОЙ'

ч //

■ -¿г-—О-

-Д •

-о-

-д • -о-

• д -о

—о— -5" С

—X- * гг'с

-о - •37° с

—А - «6о°с

Время, иин.

Рис.6. Изменение оптической плотности ТХУ-растворшюй фрак-щи белка муки гороха в зависимости от температуры

1. Мука семян гороха "Орпелла"

гидратируетея( 1:3) и выдерживается 0,5ч

0,111 раствором НС1 оттитровываетсн до рИ — 3,2

\

2. Вносится пепсин £/5' = 1:100, р!1=3,2, выдерживается 0,5 ч

I

0,1 И раствором ИаОН оттитровываетсн до рН =7,5

3. Выдерживается 5 ч

1. Мука семян гороха "Орпелла "

гидратируется( 1:2) и выдерживается 0,5ч

0,511 раствором HCl оттитровывается до-pH = 3,2

2. Вносится пепсин E/S = 1:100, р Н=3,2, выдерживается 0,5 ч

0,5Н раствором Na ОН оттитровываетсн до pH =7,5

> h 3. Выдерживается 5 ч

Рис. 7. Схемы проведения модификации белка гороха в составе муки

ч

.■«" О.э

3 4

Время, ч.

— о -контрот,2, С1 - - -Д- -гантротЛ. CI - -Д- - Е/$=1/1<Ю. С1 = — О -E/S = ООО, CI » ¡1 _33 СЗ '20 % _*25 %, С3"10%_25 %, СЗ = 10%_33 %. СЗ ' 20 % ||

Рис. 8. Изменение оптической плотности ТХУ-растворимой фракции белка муки гороха в зависимости от концентрации

Вследствие внесенных изменений (рис. 8) интенсифицируется процесс эндогеной модификации белка муки гороха, что связано, как с повышением концентрации раствора, так и с ростом активности протеаз. Результирующая длительность процесса модификации при заданных условиях составляет 6,5 часов. По истечении данного периода прекращается рост оптической плотности ТХУ-растворимой фракции реакционной смеси. Указанное обстоятельство обусловлено образованием в процессе реакции нового БП со стабильными свойствами - БУМ на основе модифицированного белка муки семян гороха. В этой связи представлялось целесообразным исследовать свойства модифицированного белка.

В четвертой главе "Сравнительное изучение свойств исходного и модифицированного препарата муки семян гороха "Opne-Uta" приведены результаты исследований физико-химических и функциональных свойств белка, характеризующие его изменения в процессе эндогенной модификации.

Для определения изменений физико-химических характеристик проводили сравнительный анализ данных электрофоретиче-ского и микрокалориметрического исследования IIS фракции белка в составе БУМ и НМ гороха. При исследовании влияния эндоге.нной модификации га функциональные свойства белка муки гороха определяли стабильность эмульсий и критическую кон-

о

2

6

центрацию гедеобразования белка в составе БУМ и НМ муки гороха. .

напшпьш 1IS белок муки гороха

а,

Р. ßj

ß,

МОДифИ

цировапный 11S белок муки гороха

Рис. 9 Элсктрофореграммы US белка

Проведенный нами электрофоретический анализ IIS фракции БУМ и НМ муки семян гороха (рис. 9) свидетельствует, что процесс эндогенной модификации белков муки гороха сводится к ограниченному про геолизу белка.

Нативный лег/мин

/ \

' \

/ \

У ч___

Модифицированный лвгумин

У

У \

У

4ч' С 50* С <V С 70* С *0*С W*C \ Я 40* С 50* С М* С 70* С НО* С W С

Рис. 10. Термограммы US белка

Таблица 3

Лсгумин (IIS фракция белка гороха) Энтальпия денатурации Hd Дж/г Удельная теплоемкость денатурации, d Ср Дж/г'К

в составе бе ¡¡к а НМ 17,4 0,8

в составе белка БУМ 20,2 0,6

Мнкрокалориметрическое исследование IIS фракции (рис. 10, табл. 3) белка позволяет отметить, что белок в составе БУМ обладает пониженной температурой и повышенной энтальпией 16

денатурации IIS фракции в отличие от нативного. В свете работ А.Н. Даниленко и В.Т. Диановой, где представлена корреляция микрокалориметрических параметров и поведения белка при термообработке, а также комплнментарности свойств БУМ и мясных фаршей, была показана целесообразность использования БУМ в технологии комбинированных изделий.

.6

шI

I

/ 2 3 4 5 6 7 В у 10 II 12 IS 14 /5 /Л 17 IX /V 2<t Содержание сухого вещества

|д на Основе /»У\f O/iti отме и,чтилтш шли сеимн гчрп\а j

Рис. 11. Диаграмма стабильности эмульсий

__• Таблица 4

Препарат Критическая концентрация гелеобразовапия, при температуре,'Mi

100° С 80° С 60° С 40" С

белок в составе НМ 3 6 - -

белок в составе БУМ 2 4 16 -

Таким образом, использованные методы анализа белков дают возможность утверждать {рис". 9, 10, табл.3), что модификация приводит к получению белка, обладающего улучшенными харак-. теристиками. Возможности применения полученного белка определяются его ФС.

Результаты сравнительного анализа ФС БУМ и ИМ гороха (рис. 11, табл. 4) показывают, что процесс эндогенной модификации белков муки гороха приводит к повышению эмульгирующей способности и снижению критической концентрации гелеобразо-вания, что согласуется с данными микрокалорнметрического исследования и указывают на возможность применения БУМ в технологии мясных фаршевых изделий.

Таким образом, можно с уверенностью говорить о положительном влиянии модификационных изменений на ФС муки гороха. Однако для изучения влияния БУМ на свойства реальной

мясной комбинированной фаршевой системы, представлялось целесообразным провести сравнительный анализ характеристик комбинированных фаршей, содержащих НМ гороха, БУМ или СБИ как эталонный образец.

В пятой главе "Разработка технологии мясных продуктов с БУМ" представлены результаты исследования свойств фаршевых систем с 25 %-ной заменой части мясного фарша на белковые растительные препараты.

Таблица 5_

Сырье, % Исследуемые образцы

N9 1 Л° 2 Л? 3

Говядина 1с 52 52 52

Свинина жирная 20 20 20

Гидратированный (1:4) СБИ 25 -

Суспензия НМ гороха - 25 -

БУМ - - 25

Мука, крахмал 3 3 3

Вода (лед) 20 20 20

Анализируя данные, отражающие пищевую и биологическую ценность сырых и термообработанных фаршей (табл. 6, 7, 8, 9), важно подчеркнуть, что введение в состав мясного фарша препаратов муки гороха (БУМ и НМ) практически ие снижает значений исследуемых характеристик. В этой связи можно заметить, что полученные результаты высоко характеризуют химический состав муки семян гороха, так как контролем служил образец, содержащий изолированный белковый препарат - СБИ.

Таблица 6

Исследованные показатели Образцы сырых фаршей

№1 К°2 Л1>3

Содержание: влаги ............. 70,15 ± 1,26 70,07 ± 1,30 70,13 ± 1,19

белка.............. 12,46 ± 0,22 12,03 ±0,17 12,07 ± 0,20

жира................. 12,96 ±0,14 12,57 ±0,13 12,59 ±0,16

золы.........;...... 2,25 ± 0,02 2.58 ± 0,01 2,52 ± 0,03

углеводов........ 2,09 ± 0,05 2,75 ± 0,04 2.69 ± 0,05

НСС. % к связанной влаге 75,41 ±0,13 63.02 ± 0,11 71,12 ±0,13

11СГ1. Па.НУ4 12,66 ±0,02 9,27 ± 0,03 11,64 ±0,04

Период релаксации, с. 41,09 ±0,68 36,46 ± 0,36 41,01 ±0,51

- Таблица 7

Исследованные показатели Образцы термообработаппых фаршей

№1 №2 №3

Содержание %: воды................... 67,87 ± 1,21 67,68 ± 1,09 67.74 ± ! ,16

белка................. 13,07 ± 0,12 12,83 ±0.11 12,81 ± 0,12

жира................. 13,91 ± 0,11 13,83 ±0,12 13,84 ±0,11

золы................... 2,63 ± 0,02 2,77 ± 0,02 2,76 ± 0,01

углеводов........... 2,52 ±0,01 2,88 ± 0,02 2,85 ± 0,02

Выход, %........... 108 ± 1,13 106 ± 0,77 107 ±0,91

Потери массы, % 9,23 ± 0,03 10.62 ± 0.04 9.51 ± 0.05

ВСС, % к связанной влаге 87 ± 0,72 84 ± 0,65 86.8 ± 0.60

ЛИС, Па.!О'4 38,64 ± 0,43 33,18 ± 0,41 37.84 ± 0.40

Работа резания, Дж/м: 319 ± 3,07 284 ± 2,57 310 ± 3,15

Таблица 8

Аминокислоты ( эталон ФА О/ ВОЗ) Образцы термообработаппых фаршей

,ХЫ Л»2 М>3

Незаменимые: аминокислотный скор, % аминокислотный скор, % аминокислотный скор, "»

Изолсйцин..........................(4,5) 101.11 124,79 125.00

Лейцин.............................(7.0) 109,85 109,42 109.39

Лизин...............................(5.5) 135,09 133,31 133.27

Метионин+цистин......... (3.5) 97.14 99,45 99.51

Фенилаланин+тирозин.....( 6,0) 126,33 126,98 127.01

Треонин...........................(4,0) 103.07 103,52 103.47

Триптофан......................(1,0) 118.06 118.98 119.04

Валин..............................(5.0) 110,46 106,04 105.97

Таблица 9

Переваримость образ1{ов, мг тирозина на ЮОг белка Образцы 'нермообработанпых фаршей

№) ЛЬ2 М'З

1. Пепсином 12,25 + 0.10 9,96 ± 0.08 12.11 1 о.П

2. Трипсином 13,05 ±0,12 10.86 + 0,14 12.25 ± 0.08

3. Общая переваримость 25,5 ± 0,22 20,83 i 0,22 24,36 ±0,19

Наряду с этим, результаты изучения ФС (показателя ВСС, CMC, выхода, потерь массы) сырых и термообработаппых с] ар-

шей (табл. 6, 7) свидетельствуют о том, что фарши, содержащие БУМ обладают характеристиками сходными по значениям с контролем (образец с СБИ), в то время как введение в них НМ гороха приводит к значительному ухудшению значений исследуемых характеристик.

Таблица 10

Исследованные показатели Образцы термообработанных фаршей

№1 №2 №3

1. Визуальная оценка, баллы 4,5 ±0,3 3,6 ± 0,2 4,8 ± 0.2

2. Спектральные характеристики Ь............... 59,11 59,83 57,68

А............... 10,96 9,65 11,50

В............... 7,21 8,27 6,47

8................ 13,11 12,72 13,19

3. Относительное содержание нитрозогшгментов, %.... 66,7 ± 0,82 60,0 ± 0,79 71,2 + 0,74

4. Устойчивость окраски, % 74,0 ± 0,88 61,9 ±0,82 82,9 ± 0,74

5. Остаточное содержание нитритов.^!. Уе 9,8 ± 0,10 9,1 ±0,14 9,6 + 0,18

Результаты инструментальной оценки цвета колбас показали существенное преимущество образов с БУМ по содержанию нит-розопигментов и значению устойчивости окраски, что позитивно ■отличает БУМ с точки зрения потребительских характеристик производимых с его использованием комбинированных изделий. Наряду с этим эффект стабилизирования нитрозопигмента может свидетельствовать о наличии в БУМ соединений, обладающих антиокислительной активностью.

__ Таблица 11 •

Соединение Содержание ЛОС в образцах термообработанных фаргией, мг/кг

№1 . №2 №3

Сумма ЛОС74,.пп 51.81 47,37 60,22

Сумма ЛОСци.1ш 11,64 18,20 11,10

ЛОС 741.1Г:/ЛОСц<<4_1бт 4,4 . 2,6 5,4

Сумма ЛОСщ.нт 63,45 60.57 71,32

Вместе с тем анализ Л ОС (табл. 11) образцов продемонстрировал серьезное различие в содержании вкусоароматических соединении в термообработанных образцах. Согласно полученным данным, образец №3, содержащий БУМ, обладает максимальным суммарным содержанием ЛОС, в числе которых преобладают, в 20

основном, легколетучие ЛОС с ИУ от 741 до 1172, что говорит о насыщенности и, одновременно, тонкости и нежности его вкуса и аромата.

Таблица 12

Исследованные Образцы термообработаниых фаршей

показатели №1 Х°2 ХгЗ

Внешний вид.... 4,5 ± 0,2 3,9 ± 0,1 4,8 ± 0,2

Цвет па разрезе 4,5 ± 0,1 3,6 ± 0,1 4,8 ± 0.1

Запах................. 4,3 ± 0,2 3,3 ± 0,1 4.9 ± 0,0

Вкус................... 4,4 ± 0,1 3,8 ± 0,2 4,8 г 0,1

Консистенция... 4,7 х 0,1 4,0 ± 0,2 4,5 ± 0,1

Сочность.......... 4,6 г 0,2 3,9 Ï 0,2 • 4,4 > 0,2

Общая оценка 4,4 ±0,1 3,4 ± 0,2 4,7 ± 0,1

Общий анализ проведенной сенсорной оценки (табл. 12) соответствует данным, полученными инструментальным путем и позволяет с очевидностью утверждать, что зведение БУМ в колбасный фарш позволяет повысить потребительские качества колбас.

Расчетный экономический эффект от использования в производстве колбасы вареной "Для завтрака" I сорта с введением 25 % БП из модифицированной муки гороха составил 450,92 тысяч рублей на тонну готовой продукции.

В результате проведенных исследований была разработана схема производства вареной колбасы "Орловской" I сорта с БП на осноье модифицированной муки гороха.

В шестой главе "Проверка общности разработанного подхода lia модификации семян vicia fai>a" представлен анализ применения разработанной методики эндогенного гидролиза к представителю семейства бобовых - кормовым бобам. Наряду с разработанной методикой проводили испытание способа введения бобовой добавки в виде эмульсии.

Основываясь на полученных данных, подтверждена общность подхода к модификации белка муки бобовых культур эндогенными протеазами. Продукт гидролиза исследован путем эдек-трофоретического и микрокалориметрического анализов, определена также стабильность эмульсий на его основе и критическая концентрация гелеобразования. Полученные результаты свидетельствуют, что гидролизит муки кормовых бобов обладает свойствами подобными БУМ муки гороха. Исследование эмульсин на основе БУМ кормовых бобов позволили рекомендовать для про-

21

мышленного производства эмульсию с соотношением жир : белок : вода = 2:1: 5,5. как отвечающую условию эквивалентности замены мясного сырья. Комплексное изучение физико-химических, структурно-механических, функциональных и потребительских характеристик сырых и термообработанных комбинированных фарше)!, содержащих различное количество эмульсии БУМ кормовых ообов и ИМ, позволило охарактеризовать 25 %-ый уровень внесения эмульсии в рецептуру мясного фаршевого изделия как оптимальный. Данный образец был принят за базовый и рекомендован для промышленного использования.

ВЫВОДЫ

1. На основании изучения химического и аминокислотного составов муки семян гороха различных сортов отечественного районирования установлен наиболее перспективный, с точки зрения пищевой и биологической ценности.

2. Обоснован выбор экзогенной протеазы-шшциатора эндогенного гидролиза белка муки гороха, установлено оптимальное количественное соотношение протеазы х субстрату равное 1 : 100.

3. Разработан научно-обоснованный способ модификации белка муки семян гороха сорта "Орпелла" эндогенными протеа-зами.

4. • Определены рациональные технологические параметры про-

цесса эндогенной модификации', обеспечивающие получение в промышленных условиях БП модуля из муки семян гороха "Орпелла".

5. Микрокалоримстричсскнм и электрофорегическим методами показано изменение физико-химических свойств 11Б фракции белка в процессе его эндогенной модификации.

6. Установлено, что модифицированный БП из муки семян гороха обладает улучшенными ФС.

7. Показано, чге полученный БП имеет улучшенные сенсорные характеристики при одновременном возрастании степени переваримости.

8. Разработана технологическая схема производства вареной колбасы с БП, подтверждена возможность и целесообразность применения БП из муки гороха в технологии мясных продуктов, обеспечизающее получение готовых продуктов с высокими потребительскими характеристиками.

9. Общность подхода к модификации белка муки бобовых эндогенными протеазами показана на примере муки семян кормовых бобов.

10. Результаты экспериментов положены в основу разработанных патентных и нормативных документов.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1)Пегер Т.А. и др. Сравнительный анализ гелсобразуюшсн способности белковых препаратов растительного происхождения // Тезисы докладов III Международного Симпозиум:, "Эколо! им человека: проблемы и состояние лечебно-профилактического питания". 26-30 сентября 1994 г. Москва, 1994. С. 215-216.

2)Петер Т.А. и др. Разработка фундаментальных композиций. предназначенных для введения в состав колбасных изделий // Тезисы докладов III Международного Симпозиума "Экология человека: проблемы и состояние лечебно-профилактического питания". 26-30 сентября 1994 г. Москва. 1994. С. 153-154.

3)Кроха П.Г., Петер 'Г.А., Бабаев И.А. и др. Разработка нетрадиционной технологии полукопченых колбас с использованием растительного сырья // Материалы Международной научно-технической конференции "Прикладная биотехнология на пороге XXI в.". 13-15 апреля 1995 г. Москва. 1995. С. 105-106.

4) Дианова В.Т., Кроха Н.Г., Пегер Т.А. и др. Влияние ограниченного протеолиза легумпна кормовых бобо» на термодинамические свойства его растворов // Материалы Международной научно-технической конференции "Прикладная биотехнология на пороге XXI в.". 13-15 апреля 1995 г. Москва, 1995. С. 71.

5) Дианова В.Т., Кроха II.Г.. Петер Т.А. и др. Термодинамические свойства натнвного и ограниченно гидролнзованпо-го фнпсином легумпна кормовых бобов з связи с его на-тпвнон структурой // Материалы Международной научно-технической конференции "Прикладная биотехнология на пороге XXI в.". 13-15 апреля 1995 г. Москва, 1995. С. 60-61.

6)Дпанова В.Т.. Кроха П.Г., Петер Т.А. Бобовые культуры -перспективное сырье для лечебно-профилактических продуктов // Материалы Международной конференции "Лечебно-профилактическое и детское питание". 27-31 мая, 1996 г. С.-Петербург, 1996. С. 132.