Разработка технологии мясных рубленых полуфабрикатов с кальцийсодержащими композициями животных белков

На правах рукописи

Разработка технологии мясных рубленых полуфабрикатов с кальцийсодержащими композициями животных белков

Специальность: 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный

университет низкотемпературных и пищевых технологий».

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

кандидат технических наук,

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

торгово-экономический институт

Защита диссертации состоится « » 2009 г. в час на заседании диссертационного совета Д 212.234.02 при Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9, тел/факс (8

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «____» 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

общая характеристика работы

Актуальность работы. Пищевая ценность мяса и мясных продуктов определяется содержанием биологически полноценных и легко усвояемых белков. Существующий в настоящее время общий дефицит мясных ресурсов, нарушение холодильной цепи, высокий объем мяса с пороками и низкими функциональными свойствами приводит к потерям мясных белков, минеральных веществ и витаминов и обусловливает целесообразность применения белковых добавок в технологии мясных изделий. Известны работы ученых и специалистов, посвященные этой проблеме - , , и др.

Применение полноценных животных белков, полученных путем переработки вторичного животного сырья, особенно актуально в технологиях продуктов массового потребления, доступных всем социальным слоям населения, в том числе слабозащищенным. Такими продуктами сегодня являются замороженные мясные рубленые полуфабрикаты. Половину всей товарной массы мясных рубленых полуфабрикатов на отечественном рынке составляют пельмени и котлеты, поскольку являются традиционными блюдами русской кухни.

Известно, что комбинирование животных белков в определенных соотношениях приводит к улучшению их функциональных свойств за счет эффекта синергизма, проявляющегося в повышении прочности структуры смешанных белковых гелей. Целесообразна разработка бинарных белковых композитов, которые нивелируют недостатки мясного сырья, улучшают текстурные характеристики и пищевую ценность мясных изделий.

Одной из важнейших характеристик качества продуктов из рубленого мяса является текстура. Текстура полутвердых пищевых продуктов формируется биополимерами пищевого матрикса - белками и полисахаридами. Поэтому при разработке белковых композиций необходимо учитывать их влияние на формирование текстурных характеристик мясных изделий.

Многие животные белки являются не только источником полноценного белка, но и содержат биодоступный органический кальций. Молекулы белков способны также связывать кальций ионогенно. Присутствие ионизированных частиц, в том числе кальция, во многом определяет коллоидно-химические свойства мышечных белков, что проявляется в улучшении текстурных характеристик фаршевых систем. Этому направлению посвящены работы , , Г., и др.

Применение кальцийсодержащих композиций животных белков для замены части мясного сырья улучшает пищевую ценность и текстуру мясных рубленых полуфабрикатов и снижает их себестоимость.

Цель работы. Разработка рецептур и технологии мясных рубленых полуфабрикатов с заменой части основного сырья на кальцийсодержащие белковые композиции.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- провести анализ состава и свойств белковых препаратов, представленных на рынке пищевых добавок, обосновать выбор ингредиентов для составления композитов;

- разработать рецептуры бинарных белковых композиций (БК) и рационализировать способ внесения БК в фаршевые изделия;

- изучить влияние добавок растворимых солей кальция на функционально-технологические свойства и текстуру мясных фаршей;

- разработать технологию кальцийсодержащих композиций животных белков для фаршевых изделий;

- разработать проект технической документации по производству и применению новых БК в технологии мясных рубленых полуфабрикатов и провести их промышленную апробацию;

- разработать технологию пельменей и котлет с кальцийсодержащими композициями животных белков;

- исследовать биологическую ценность продуктов с кальцийсодержащими БК;

- исследовать изменения качества пельменей и котлет с добавками белковых композитов для обоснования продолжительности их холодильного хранения;

- провести внедрение технологии пельменей и котлет с кальцийсодержащими белковыми композитами на продукты»

Научная новизна:

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность разработки бинарных композитов животных белков для снижения себестоимости и повышения пищевой ценности фаршевых продуктов.

Обоснованы принципы рационализации рецептурного состава, разработаны рецептуры фаршевых изделий с композициями животных белков.

Научно обосновано влияние добавок растворимых солей кальция на функционально-технологические показатели, текстуру фаршевых систем и увеличение доли связанной влаги. Установлены их эффективные концентрации.

Разработана технология кальцийсодержащих композиций животных белков для фаршевых изделий и технология мясных рубленых полуфабрикатов с добавками кальцийсодержащих композиций животных белков. Новизна предлагаемой технологии подтверждена патентом на изобретение № 000 «Способ производства мясных фаршей».

Получены кинетические зависимости основных изменений исследуемых продуктов при холодильном хранении. Предложено уравнение, характеризующее изменение качества пельменей при холодильном хранении в температурном диапазоне от -12 до -180С.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Разработаны рецептуры и технология бинарных композитов животных белков. В производственных условиях (г. СПб) проведена их апробация. Разработаны технические условия ТУ “Смеси сухие белковые”.

Разработаны промышленные рецептуры фаршей, проведена промышленная выработка пельменей и котлет с кальцийсодержащими БК на комбинат «Колпин».

Разработана технология мясных рубленых полуфабрикатов с кальцийсодержащими БК. Проведено промышленное внедрение технологии пельменей и котлет с кальцийсодержащими БК на продукты». Себестоимость пельменей и котлет с БК снижена на 8…12 %.

Модифицирован метод определения перевариваемости in vitro мясных изделий, сконструирована экспериментальная установка для проведения исследований. Результаты внедрены в учебный процесс на кафедре ТМРПиКХ СПбГУНиПТ.

Основные положения, выносимые на защиту:

- принципы рационализации состава бинарных композиций животных белков для замены части мясного сырья в рецептурах фаршевых изделий;

- результаты исследований влияния добавок растворимых солей кальция на функционально-технологические свойства и текстуру фаршевых систем;

- рецептуры и технология пельменей и котлет с кальцийсодержащими БК;

- анализ основных изменений качества пельменей и котлет с кальцийсодержащими БК и обоснование продолжительности их холодильного хранения.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены в период с 2005 по 2008 гг. на: VIII Всероссийском конгрессе «Оптимальное питание - здоровье нации» (Москва, 2005); Международной конференции «Научное обеспечение и тенденции развития производства пищевых добавок в России» (СПб, Россельхозакадемия, ГУ ВНИИПАКК, 2005); научно-практической конференции «Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы» (Калининград, 2006); II научно-практической конференции «Пищевые технологии-2006» (Одесса, 2006); конференциях профессорско-преподавательского состава (СПб, СПБГУНиПТ, 2006, 2007); Международно-практической конференции «Стратегия развития предприятий пищевой промышленности, ресторанного обслуживания и торговли» (Харьков, ХГУПиТ, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 127 с. основного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержит 64 табл., 70 рис., 155 литературных источников, 34 из которых зарубежных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, изложена научная новизна и практическая значимость результатов диссертационной работы.

Приведен обзор состояния проблемы по применению белков и белковых добавок в технологии мясных продуктов. Отмечен недостаток потребляемого населением России животного белка, связанный с низким качеством мясного сырья, а также пути решения этой проблемы с помощью применения биологически полноценных белков животного происхождения в технологии мясных изделий массового потребления. Дана сравнительная характеристика пищевой ценности, функциональных и текстурообразующих свойств животных белков. Проанализированы преимущества и недостатки животных белков и целесообразность составления их композитов. Обоснованы основные принципы составления БК. Приведено описание функциональных свойств стабилизаторов текстуры фаршевых продуктов. Дана оценка потребительского спроса замороженных мясных полуфабрикатов, представленных на рынке РФ, выделены их приоритетные виды и социальная значимость. Описаны используемые технологии замороженных пельменей и котлет. Дан анализ основных изменений качества замороженных мясных рубленых полуфабрикатов при холодильном хранении.

Объекты, методы исследования и постановка эксперимента. В качестве объектов исследования выбраны образцы белков и белковых добавок, представленные на рынке пищевых ингредиентов г. Санкт-Петербурга в период с 2005 по 2008 гг.: молочно-белковые добавки – казеинат кальция пищевой (ЗАО “ВИАДИ”, содержание белка 95 %), Белмикс КК (ООО “Бригантина”, белок 18 %), Оволакт (ООО “АБВ”, белок 30 %), Полисомин Ф (ООО “АБВ”, белок 17 %), концентрат сывороточных белков (ЗАО “Березовский сыродельный комбинат”, РБ, белок 51 %); соевые белковые добавки - Сояпро 700 F (КНР, белок 63 %), Юнико (ООО “Биостар Трейд”, белок 73 %), Аркон S (Компания “АМД”, белок 72 %), DB – 908 (ЗАО “ВИАДИ”, белок 91 %); животные белки на основе коллагена - СканПро BR 95 (“Данпротекс”, белок 95 %), G 100 (ООО “АБВ”, белок 73 %); плазма свиной крови Vepro 75 PSC (ЗАО “ВИАДИ”, белок 75 %). В состав композиций белков включали карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ, Е-469) марки Akucell AF 3285.

Для изготовления фаршей использовали: говядину жилованную I cорта, свинину полужирную, шпик свиной.

Для исследований влияния ионов кальция на коллоидно-химические свойства фаршевой системы использовали лактат, цитрат и хлорид кальция (Е 327, Е 333, Е 508) производства объединение «Фермент», Ярославль.

На различных стадиях разработки технологии мясных рубленых полуфабрикатов с кальцийсодержащими композициями животных белков определяли общее содержание белка, жира, влаги, содержание водорастворимых белков, содержание биодоступного, влагосвязывающую (ВСС) и влагоудерживающую способность (ВУС), активную кислотность, текстурные характеристики, буферность, аминокислотный состав, перевариваемость in vitro, органолептические показатели по ГОСТ 9959-91, микробиологическую безопасность - в соответствии с требованиями СанПиН 2.3.2.1078-01, , амино-аммиачный азот, кислотное и тиобарбитуровое числа.

Исследования проводили на кафедре ТМРПиКХ СПБГУНиПТ, в экспериментальной и производственной лабораториях (СПб), в испытательном центре Гипрорыбфлота (СПб) и ленинградской межобластной ветеринарной лаборатории, а также в лаборатории контроля качества комбинат Колпин».

Промышленную апробацию рецептур и технологии БК проводили в производственных условиях (СПб).

Промышленную выработку пельменей и котлет с добавками кальцийсодержащих БК осуществляли в промышленных условиях комбинат Колпин».

Промышленное внедрение технологии пельменей и котлет с кальцийсодержащими белковыми композитами осуществляли на продукты».

При осуществлении прямых измерений проводили не менее трех параллельных определений. Статистическую обработку данных осуществляли путем стандартных математические методы" href="/text/category/instrumentalmznie_i_matematicheskie_metodi/" rel="bookmark">математических методов с помощью программ Microsoft Excel и CurveExpert 1.3. При построении номограмм использовали программу AutoCAD. Схема проведения исследований приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема проведения исследований

Разработка рецептур и технологии белковых композиций. В этом разделе приведены общая характеристика исследуемых белков, результаты анализа их макронутриентного состава и функциональных свойств. Показано, что ни один из исследуемых образцов белков не удовлетворяет комплексу требований, предъявляемым к мясозаменяющим ингредиентам. Обоснована целесообразность разработки бинарных белковых композитов и их ингредиентный состав. Принцип комбинирования белков основан на эффекте синергизма, заключающегося в повышении прочности смешанных гелей, улучшении текстуры и пищевой ценности исследуемых продуктов. Для составления композитов выбраны следующие белки: концентрат сывороточных белков (КСБ), казеинат кальция пищевой, концентрат плазмы свиной крови (Vepro 75 PCS), животный белок на основе коллагена (BR 95), изолят соевого белка (DB 908). Применение БК (1-4) позволяет повысить пищевую и биологическую ценность мясных продуктов, улучшить их органолептические характеристики.

Проведена сравнительная оценка достоинств и недостатков выбранных белков и моделирование ингредиентного состава БК. Моделирование рецептурного состава БК (1-4) производили с учетом аминокислотного состава и текстуры смешанных белковых гелей.

Аминокислотный состав БК (1-4) моделировали по принципу компенсации лимитирующих аминокислот (аминокислотный скор, АКС 100 %).

Показатель разрушающего напряжения, характеризующий текстурные свойства смешанных белковых гелей, изменяется в широком диапазоне. Установлены технологические значения разрушающего напряжения смешанных белковых гелей, соответствующие требуемой текстуре фаршей. Они находятся в интервале от 60 до 120 г/см2 до т/о, и от 300 до 900 г/см2 – после.

Для установления области рационального рецептурного состава БК (1-4) использовали графо-аналитический метод. На трехсторонней номограмме (рис. 2) выделена область рационального состава БК 1 «казеин-плазма крови-КМЦ». Аналогичные номограммы получены для БК 2, 3 и 4.

Для дальнейших исследований выбраны 12 вариантов рецептур из области рационального состава БК (1-4) (табл. 1).

Разработан проект ТУ “Смеси белковые сухие”. Операционная схема подготовки БК приведена на рис. 3.

Разработаны рецептуры фаршей с БК (1-4). Степень замены мясного сырья составила от 4 до 16 % от массы фарша (1…4 % в пересчете на сухие БК) (табл. 2). Установлено, что при замене мясного сырья БК более 16 % в готовых изделиях наблюдалось появления постороннего привкуса.

Таблица 1. Рецептуры БК (1-4)

1, 2 и 3) позволяет улучшить ФТС и текстурные показатели фаршей и снизить потери при термообработке с 22 до 6 %. Установлено, что замена более 12 % основного сырья (рецептуры 4) приводит к ухудшению текстуры фаршей. Результаты исследований образцов фаршей с добавками БК 1, 2 и 4 приведены в диссертации.

Рецептуры фаршей для пельменей и котлет с БК (1-4) (табл. 2) апробированы и внедрены на .

Разработка технологии мясных рубленых полуфабрикатов с кальцийсодержащими композициями животных белков. В этом разделе приведены результаты исследований по разработке промышленных рецептур фаршей для котлет и пельменей с добавками БК. Приведены данные, характеризующие влияние добавок водорастворимых солей кальция на функционально-технологические свойства и текстуру фаршевых продуктов. Дан анализ основных изменений качества пельменей и котлет с кальцийсодержащими БК для обоснования продолжительности холодильного хранения.

При разработке промышленных рецептур фаршей для пельменей и котлет использовали принципы квалиметрии.

Рассчитан комплексный межгрупповой показатель (К) характеризующий ФТС и текстуру (К1) фаршей, их аминокислотный состав (К2) и содержание биодоступного кальция (К3).

Установлено, что максимальным значениям К отвечают рецептуры с добавками БК 1.3 и 3.3 (фарши для котлет) и БК 2.3 (фарши для пельменей). Рецептуры фаршей с заменой 12 % основного сырья на добавки БК 1.3, 3.3 и 2.3 использовали для промышленной выработки котлет и пельменей.

Рис. 5. Комплексные межгрупповые показатели (К) рецептур фаршей для котлет и пельменей

На рис. 6 (а-г) приведены результаты исследований ФТС и текстурных показателей образцов фаршей из говядины с различным содержанием добавок растворимых солей кальция.

Известно, что ионы кальция обладают высоким сродством к воде и способны вступать в электростатические взаимодействия с функциональными группами белков по донорно-акцепторному механизму. Следствием этого является изменение коллоидно-химических свойств белковых матриксов, что оказывает влияние на ФТС и текстуру фаршей. Показано, что внесение ионов кальция в количестве от 3 до 7 мМоль повышает ВСС опытных образцов фаршей до 8 %; технологический выход – от 57 до 63 %; разрушающее напряжение – от 77 до 123 г/см2 и вязкость – от 330 до 470 Па·с. Установлены эффективные концентрации добавок ионизированного кальция – от 3 до 7 мМоль на 100 г фарша, что соответствует 0,3…0,6 хлорида; 0,7…1,7 лактата и 1,4…3,2 цитрата кальция (в г на 100 г фарша).

Рис. 6 (а-г). Влияние добавок солей кальция на ФТС (а, б)

и текстурные показатели (в, г) фаршей из говядины

На рис. 7 приведены экспериментальные кривые десорбции влаги du/dt=f (u) фаршей с добавками солей кальция, полученные в сопоставимых условиях.

Значение критического влагосодержания фаршей (uкр) соответствует точке перегиба I и II периодов кривой скорости сушки. Применение добавок ионов кальция в эффективных концентрациях способствует перераспределению влаги в фаршах. Доля связанной влаги в фаршах возросла на 27 % (хлорид кальция) и на 32% (лактат кальция) относительно контрольного образца. Выявлено, что наиболее эффективными и технологичными являются добавки лактата кальция.

В результате исследований биологической ценности промышленно выработанных изделий с кальцийсодержащими БК установлено увеличение БКП котлет с БК 1 более чем на 60 % и улучшение их перевариваемости in vitro на 13 % (БК 1) и 5 % (БК 3) относительно контрольных образцов. Индекс незаменимых аминокислот (ИНАК) изделий с БК (1-3) составил 1,19 для котлет и 1,31 для пельменей. Содержание биодоступного кальция пельменей и котлет с БК (1-3) составило 22…27 % от среднесуточной нормы потребления. Энергетическая ценность продуктов - от 579 до 657 кДж / 100 г продукта.

Проведен анализ основных изменений качества исследуемых продуктов при tхр= -(18±2)0С, τхр=60 сут и -(12±1)0С, τхр=180 сут.

Анализ результатов исследований изменения качества пельменей (с БК 2.3) и котлет (с БК 1.3 и 3.3) показали, что за время хранения их макронутриентный состав практически не изменился, а санитарно значимые микробиологические показатели не превысили допустимых уровней. Однако, в период хранения пельменей 55…60 сут (-(12±1)0С) и 140…160 сут (-(18±2)0С); и котлет - 150…170 сут (-(18±2)0С) отмечено появление привкуса и ухудшение текстуры продуктов. Потеря потребительских свойств происходит вследствие изменений основных компонентов продуктов и накопления нежелательных веществ.

Динамика гидролитических и окислительных изменений липидов и белковых веществ опытных и контрольных образцов пельменей при температуре хранения -(12±1)0С приведена на рис. 8 (а-в). Изменения липидов при хранении исследуемых продуктов являются причиной появления в них посторонних привкусов. Образующиеся в результате гидролиза липидов свободные жирные кислоты (СЖК) подвергаются окислению, образуя перекисные и карбонильные соединения. Известно, что вторичные продукты окисления липидов являются токсичными. СЖК катализируют распад белковых веществ, в результате чего происходит увеличение содержания скорости накопления аминоаммиачного азота. Достигая некоторого критического значения, содержание СЖК в системе снижается, что свидетельствует об увеличении скорости их окисления, относительно скорости их накопления. Этот период хранения продуктов может быть охарактеризован как зона риска. Именно в этот период отмечено появление привкуса и ухудшение текстуры пельменей и котлет. С целью предотвращения накопления вторичных продуктов окисления липидов, целесообразно выявление критического значения содержания СЖК.

Экспериментально установлены критические значения ССЖК в мясной начинке пельменей и в котлетах. Они составили – 3,9 - 4,1 и 4,0 - 4,2 соответственно.

Выявлено, что характер изменений ССЖК, СПОЛ и САМА в пельменях и котлетах не зависит от температуры хранения, а также от вида вносимых БК.

Изменения текстуры пельменей вызваны разрушением коагуляционной структуры фарша, что приводит к увеличению количества отделившегося при кулинарной обработке бульона и снижению массы мясной начинки. Установлено, что применение добавок лактата кальция 0,9 мас. % снижает потери влаги при тепловой обработке котлет и улучшает их текстуру и делает их более плотными и сочными (табл. 3).

Таблица 3. Влияние добавок лактата кальция на текстуру и выход котлет

Получены кинетические зависимости тестовых показателей ССЖК, СПОЛ и САМА образцов пельменей и котлет. Рассчитаны константы скорости k накопления СЖК, ПОЛ и АМА в исследуемых продуктах при хранении (табл. 4 и 5).

Таблица 4. Кинетические зависимости накопления СЖК, ПОЛ и АМА пельменей

Таблица 5. Кинетические зависимости накопления СЖК, ПОЛ и АМА котлет

Установлено, что изменения перечисленных тестовых показателей могут быть охарактеризованы общими кинетическими уравнениями.

Выявлено, что скорость накопления нежелательных продуктов распада в мясной начинке пельменей ССЖК и СПОЛ при температурах -12 и -18 0С практически одинакова, что указывает на равнозначность этих показателей при тестировании качества пельменей. Показано, что скорость накопления СПОЛ в исследуемых образцах котлет при -18 0С в 1,5 раза выше скорости накопления ССЖК и более чем в 2 раза выше скорости накопления САМА (табл. 5), что указывает на снижение значимости тестовых показателей в следующем порядке - СПОЛ > ССЖК > САМА.

Композиционные продукты являются сложными полидисперсными системами. Изменения качества таких продуктов при холодильном хранении не могут быть охарактеризованы с помощью известных математических моделей. Поэтому для оценки изменений качества композиционных продуктов при хранении целесообразно использовать эмпирические зависимости (табл. 4 и 5). На рис. 9 приведены кинетические зависимости ССЖК, полученные при tхр= -12 и -18 0С, в полулогарифмических координатах. Различная скорость накопления СЖК объясняется влиянием холода на активность липолитических ферментов. В результате преобразований кинетических уравнений получено соотношение: , характеризующее изменение качества пельменей при холодильном хранении в температурном диапазоне от -12 до -180С.

Рецептуры и технология кальцийсодержащих белковых композиций апробированы и внедрены на . Рецептуры и технология пельменей и котлет с кальцийсодержащими белковыми композициями - в производственных условиях продукты». Органолептическая оценка промышленно выработанных продуктов показала, что пельмени и котлеты с кальцийсодержащими БК (1-3) имеют приятный вкус и хорошую текстуру. Себестоимость продуктов снижена на 8000 – 12000 рублей на тонну вырабатываемой продукции. Операционно-технологическая схема производства пельменей и котлет с кальцийсодержащими БК приведена на рис. 10.