CC BY
54
УДК 637.5.07
Перспективы использования продуктов переработки птицы
в технологии мясных продуктов Часть II*
И.А. Рогов, д-р техн. наук, профессор, академик РАСХН, И.В. Глазкова, канд. техн. наук, доцент, Л.Ф. Митасева, канд. техн. наук, В.Н. Леонова, С.В. Колотвина
Московский государственный университет пищевых производств
Способы воздействия на вторичное сырье животного происхождения многообразны, они предусматривают как механическое, так и химическое воздействие. Для обработки богатых белком природных продуктов, имеющих ограниченное применение из-за низких потребительских свойств, а также для выделения белков, обладающих требуемым комплексом функциональных
Гидролизаты белков, полученные путем кислотного и ферментативного гидролиза, компенсируют белковое голодание и обеспечивают азотистое равновесие организма.
свойств, применяют процессы экстракции и гидролиза.
Для селективного химического расщепления белков разработано много методов [1], среди которых имеется несколько методов расщепления по углеродному атому. Щелочи (Ва (ОН) 2 или ЫаОН) и а-кислоты обладают высокой гидролизующей способностью, поэтому их использование приводит к разрушению некоторых аминокислот и к изотопному обмену в триптофане, тирозине и ги-стидине и в некоторых других аминокислотах.
Технологии получения белков из низкосортного вторичного животного сырья основаны на использовании различных типов гидролиза: щелочного, кислотного, гидротермического и ферментативного.
Кислотный и щелочной гидролиз может быть полным или частичным в зависимости от способа расщепления. Полный гидролиз белка может
Ключевые слова: белковые гидролизаты; ферментные препараты; функциональный мясной протеин; вторичное сырье.
Key words: protein hydrolyzates, ferment preparations, functional meat protein, secondary raw material.
* Часть I см. журнал «Пищевая промышленность» № 9/2012 г. с. 20-23.
осуществиться только путем нагревания его при температуре более 100 °С с разбавлением минеральными кислотами и щелочами. В этом случае получается смесь конечных продуктов гидролиза, включая свободные аминокислоты, полипептиды, аммиак, побочные продукты, образующиеся в результате разрушения аминокислот и их взаимопревращения, а также карамелизованные углеводы и др.
Щелочной химический гидролиз применяют для деацетилирования хитина и хитозана с целью получения водорастворимых производных. Исследования щелочного гидролиза хитина показали, что в основном происходит расщепление ацетамид-ных связей. Деполимеризация макромолекул в щелочной среде протекает медленно и, по всей видимости, связана не со щелочным гидролизом, а с окислительной деструкцией гликозидных связей.
Известен способ получения белкового гидролизата путем переработки отходов птицефабрик и животноводства, который предусматривает промывку исходного сырья, его измельчение, обезжиривание и щелочной гидролиз в автоклаве в присутствии окиси кальция при температуре 115...140 0С в течение 2-3 ч при постоянном перемешивании. Полученный гидролизат очищают путем фильтрации или центрифугирования с последующим добавлением кальцинированной соды до полного осаждения карбоната кальция. Очи-
щенный гидролизат нейтрализуют соляной кислотой до рН 6,7-8,0 и упаривают до концентрации 3540 % (см. Патент РФ 2054840, кл. А 23 К 1/10, 1996).
Однако проведение щелочного гидролиза сырья при достаточно высокой температуре приводит к сте-реохимической рацемизации большого количества аминокислот и полному разрушению аргинина, лизина, цистина и цистеина, которые трансформируются в форму, плохо усваиваемую организмом, что ухудшает качество получаемого продукта. В результате щелочного гидролизата образуется комплекс дефектных, чуждых организму компонентов.
Кислотный гидролиз в стандартных условиях (НС1 или Н2БО4), как известно, приводит к полному разрушению триптофана и частичному разрушению серина, треонина и некоторых других аминокислот. Кроме этого, в условиях кислотного гидролиза с высокой скоростью протекает изотопный обмен ароматических протонов (дейтеронов) в молекулах триптофана, тирозина и гистидина, а также протонов (дейтеронов) при атоме С3 аспарагиновой и С4 глута-миновой кислот.
В результате кислотного гидролиза происходит расщепление и других биологических полимеров: нуклеиновых кислот, полисахаридов, возникают D-изомеры некоторых заменимых аминокислот, которые не усваиваются клеткой и могут быть ингибиторами клеточного роста. При разрушении аминокислот образуются альдегиды, аммиак и углекислый газ, а из сахара - гексозы - оксиме-тилфурфурол. Альдегиды и оксиме-тилфурфурол взаимодействуют с новыми молекулами аминокислот, образуют меланоиды, оказывающие токсическое действие на чувствительные клеточные системы.
В СПбГУНиПТ разработан способ гидролиза свиной шкурки с целью последующего применения гидроли-зата при производстве колбасных изделий, рубленых полуфабрикатов, пульпы для производства деликатесных изделий методом «мясо в мясо». Гидролиз шкурки проводили при температуре 100 °С и различных соотношениях массы шкурки к жидкой фазе 1:1, 1:2, 1:3, 1:4. На основании экспериментов было установлено, что внесенная вязкая субстанция (гидролизован-ная шкурка) увеличивает и вязкость фаршевой системы, тем самым предотвращая появление бульонных и жировых отеков в колбасе, изготовленной на основе этих фаршей [1].
Внесение высоких концентраций кислоты для проведения гидролиза
требует ее нейтрализации по окончании процесса, что приводит к высокому содержанию солей хлоридов и сульфатов, которые токсичны для организма.
Наиболее широкое распространение получили различные варианты ферментативного гидролиза. Гидролиз белков, осуществляемый с помощью протеолитических ферментов, лишен всех перечисленных недостатков кислотного и щелочного гидролиза, хотя этот тип гидролиза проходит не более чем на 70-80 % [2].
Преимущества такого гидролиза -сокращение энергозатрат, высокое извлечение потенциально доступного полноценного белка, возможность целенаправленного влияния на степень гидролиза сырья, биодоступность получаемых гидролизатов, сохранение компонентов, обладающих биологической активностью и обеспечивающих вкус и запах готового продукта [3].
При такой переработке сырья возможно утилизировать практически любые источники пищевого белка животного происхождения. В результате повышается коэффициент использования животного белка, что приводит к снижению его дефицита, а также уменьшается ущерб, наносимый окружающей среде в результате снижения выбросов отходов.
В последнее время вырос практический интерес к способам рационального использования малоценных коллагенсодержащих продуктов убоя птицы для получения белковых гидролизатов, которые находят применение не только как компонент пищи, но и как диетический продукт для лечебного питания [4-6].
Отечественными исследователями проведены работы и достигнуты хорошие результаты по получению гидролизатов из голов и ног сухопутной птицы. Для ферментативной обработки с последующим получением белково-жировой эмульсии предлагается использовать препараты ферментов из P. wortmannii ВКМ-2091 и Str. chromogenes graecus 0832, которые соответственно в большей степени обладают коллагеназной и ке-ратинолитической активностями.
Конкретные условия гидролиза, определенные с помощью методов математической статистики, легли в основу нового способа получения белково-жировой добавки - заменителя основного сырья в рецептурах фаршевых мясных изделий [6].
В Воронежском технологическом университете были проведены исследования по разработке способов получения под воздействием микроорганизмов белковых гидро-
лизатов из коллагенсодержащего сырья, которые направляют в производство мясных белковых хлебов для замены 25 % основного сырья
[7].
Рекомендовано также получать пищевые гидролизаты из костного остатка после механической обвалки тушек птицы. Согласно этому способу для получения гидролизатов применяют микробные протеолитичес-кие препараты из B. subtilis, P. latex, A. melleus.
Ферментативный гидролиз используют для переработки кератин-содержащего сырья. Полученные гидролизаты применяют для кормления сельскохозяйственных животных, также возможно их использо-в ание в космети ческой промышленности [8].
Применение ферментных технологий экономически выгодно при производстве экстрактов, концентрированных бульонов, функциональных белков и бульонов-ароматизаторов.
Кроме того, ферментативный гидролиз занимает одно из ведущих мест в решении проблемы создания и получения комбинированных продуктов питания, в том числе специального и профилактического назначения. Использование гидролиза позволяет широко варьировать функциональные свойства пищевых белков, что открывает широкие возможности для промышленной переработки их в пищевые продукты необходимого качества.
Для более эффективного гидролиза белков животного происхождения предлагается ряд комбинированных способов. При этом применяется предварительная кислотная или щелочная обработка, а затем - ферментативный гидролиз.
Наиболее рациональный прием при переработке гетерогенного сырья (смесь мягких и твердых белковых компонентов) - предварительная «мягкая» обработка с использованием определенных физико-химических воздействий и последующая экстракция или ферментативная обработка сырья в целях перевода нерастворимых белков в растворимую форму [9, 10]. В результате повышается коэффициент использования животного белка - функционального мясного протеина (ФМП) в пищевых целях.
Во ВНИИПП разработана технология получения белковых концентратов в жидком и сухом виде, основанная на ферментативной обработке вторичных пищевых продуктов переработки птицы. Эта технология на основе направленного ферментативного гидролиза позволяет извлекать из
сырья до 60-70 % белка и получать продукты с заданными свойствами. В технологическом процессе предусмотрено максимальное отделение пищевого жира. Остаток неперева-рившегося сырья используют для производства кормовой муки [6].
Учеными Южно-Китайского технологического университета (Китай) были получены белковые гидроли-заты путем ферментативного гидролиза механически удаленного от костей куриного остатка и была изучена возможность их применения в рецептуре кантонской колбасы.
На основании результатов исследования кислотного и перекисного чисел установлено, что в процессе хранения кантонской колбасы гидро-лизаты проявляли сильную антиокислительную активность за счет их антиокислительных свойств и ингиби-рующей активности против липоли-тических ферментов. Кантонские колбасы обладали хорошими структурными и сенсорными свойствами [11].
В университете штата Кампинас (Бразилия) были проведены исследования по получению куриных гид-ролизатов с использованием коммерческой протеазы «Alcalase 2.4L». В работе было оценено влияние температуры (43...77 °С), соотношение фермент - субстрат (0,8-4,2%) и pH (7,16-8,84) на степень гидролиза и восстановление белка. Оптимизацию ферментативного гидролиза осуществляли с использованием http: / /www.multitran.ru/c/ m.exe?a=110&t=4825923_1_2&sc=56 методологии «поверхностного отклика». Установлены следующие оптимальные условия: температура -52,5 °С, отношение фермент:суб-страт - 4,2 % и рН 8,00. При этих условиях была получена степень гидролиза 31 % и восстановления белка 91 % [12].
Накопленный опыт производства белковых добавок показал, что помимо их роли в питании в качестве источников белка частично гидроли-зованные белки и белковые гидро-лизаты обладают такими уникальными свойствами, как полная усвояемость, отсутствие аллергенности, низкая осмотичность, а также оказывают стимулирующий эффект. Частично гидролизованные белки способны проникать через кишечную стенку без дополнительного переваривания в желудочно-кишечном тракте, проникать сквозь кожный барьер, улучшать вкус, запах и консистенцию готовых изделий [5].
Гидролизаты белков, полученные путем кислотного и ферментативного гидролиза, компенсируют белковое голодание и обеспечивают азотистое
равновесие организма у больных после операций желудочно-кишечного тракта, при тяжелых ожогах и т. д. Испытания на экспериментальных животных в лаборатории патологии НИИ скорой помощи имени Н.В. Склифосовского показали, что белковый компонент, полученный из продуктов переработки птицы, превосходит стандартные смеси, используемые в клинике [14, 15].
Исследованиями Института питания РАМН установлено, что разработанный технологический процесс приводит к практически полному снижению антигенных свойств бел-
кового компонента, что особенно важно при лечении больных, страдающих пищевой аллергией [13, 14].
Наиболее важное и перспективное значение для пищевой промышленности имеет получаемый путем ферментативного гидролиза ФМП, предназначенный в качестве добавки к мясным продуктам, представляющий собой белковый комплекс, состоящий из полипептидов, пептидов и свободных аминокислот. ФМП обладает присущими всем белкам функционально-технологическими свойствами, а также уникальными функционально-биологическими свойствами,
которые можно варьировать путем изменения состава сырья и параметров ферментативного гидролиза.
ФМП можно использовать в качестве высококачественного белкового обогатителя при производстве традиционных продуктов питания, например колбасно-кулинарных изделий и т. п. Он может стать основным компонентом для целевых функциональных продуктов, адаптированных к особенностям пищеварения и обмена веществ у детей, беременных женщин, кормящих матерей, лиц пожилого возраста, больных, лиц, подверженных действию повышенных физических и эмоциональных нагрузок и вредных экологических факторов.
Важнейшие преимущества ФМП, а также пищевых продуктов на его основе: полноценный аминокислотный состав; высокое содержание разветвленных «мышцеобразующих» аминокислот - изолейцина, лейцина и валина, необходимых для формирования мышечной ткани; высокая биологическая ценность и степень усвоения белка; гипоаллергенность, обусловленная частичным расщеплением пептидных связей белков мяса, что приводит к потере их им-муноспецифических свойств; низкая энергетическая ценность за счет невысокого содержания жиров; отличные вкусовые качества, обусловленные содержанием исключительно натуральных компонентов и полным отсутствием химических пищевых добавок и консервантов; высокое содержание коллагеновых белков с большим содержанием оксипролина и других биологически активных веществ (креатина, глютамина, гиалу-роновой кислоты, гликозаминогли-канов, хондроитинсульфата и т. д., а также макро- и микроэлементов).
С целью определения возможности использования ФМП в качестве добавок к мясным фаршам и целевым продуктам специалистами МГУПБ (МГУПП) был изучен ряд образцов белковых гидролизатов, полученных на основе вторичных продуктов переработки сырья агропромышленного комплекса, в частности, птицеперерабатывающей промышленности, представленных в жидкой форме, в виде концентрата и сухого порошка. Для выпуска образцов ФМП применяли отечественное мясокостное сырье переработки птицы, а также ферментные препараты импортного производства.
Для установления возможности использования ФМП в технологии фаршевых мясных продуктов были проведены исследования на модельных мясных системах и рецептурной вареной колбасе. Определены физи-
ко-химические свойства пищевых концентратов в жидкой, концентрированной и сухой форме. Установлено, что в зависимости от режимов производства жидких пищевых концентратов содержание белка варьирует в пределах от 4 до 23 %, а пищевые концентраты в сухой форме содержат от 79 до 89 % белковой составляющей.
Использование жидких и концентрированных гидролизатов при производстве мясных продуктов, например вареных колбас, возможно только взамен воды, вводимой на первой стадии куттерования фарша.
При исследовании химического состава пищевых концентратов в сухой форме установлено, что они отличаются низким содержанием влаги, жира и высоким содержанием белка. Обладая высоким содержанием животного белка и комплексом необходимых технологических характеристик (высокое значение ВСС, хорошие эмульсионные свойства, высокая степень водорастворимости и др.), ФМП может быть использован в качестве сырья в различных технологиях фаршевых мясопродуктов, паштетов и полуфабрикатов.
По результатам эксперимента на модельных образцах (гомогенизированное говяжье мясо) определен уровень введения образцов ФМП в фарш, выявлена стадия их введения при фаршесоставлении. При введении любого из изучаемых образцов ФМП в фаршевую мясную систему обеспечивается синергетическая сочетаемость их с макровеществами основных рецептурных компонентов.
Использование образцов ФМП (как в жидкой, так и в сухой форме) в рецептуре вареных колбас вне зависимости от их концентрации после изготовления влияет на вкусоарома-тические и цветовые характеристики мясного изделия. Не выявлено существенных различий между контролем и опытными образцами вареных колбас по химическому составу, переваримости белков in vitro, водо-связывающей способности.
При сравнительном изучении качественных характеристик, выработанных на опытной станции МГУПБ (МГУПП) вареных колбас, содержащих различные варианты ФМП и контроля (вареная колбаса, приготовленная по традиционной рецептуре и технологии), было определено, что введение в фарш функционального мясного протеина приводит к повышению содержания нит-розопигментов от 6,6 до 16,9 %, а показатель устойчивости окраски увеличивается от 14,4 до 17,1 % [15]. Скорость окисления липидной со-
ставляющей опытных колбас в исследованный срок хранения значительно меньше, чем в контрольном образце. Это обстоятельство свидетельствует о том, что в ФМП содержатся компоненты, обладающие ан-тиоксидантными свойствами [16].
Таким образом, результаты, полученные в ходе проведения исследований по изучению возможности использования ФМП в составе мясных продуктов, позволяют говорить о целесообразности применения ФМП в технологиях фаршевых мясопродуктов и расширения источников его получения.
На основании анализа литературных источников и результатов собственных исследований авторами была разработана схема, отражающая перспективы использования вторичных продуктов переработки птицы, демонстрирующая основные подходы и способы переработки данного сырья, в том числе на пищевые цели, и сформулированы преимущества и основные технологические решения по его применению в технологии мясных продуктов.
Работа выполнена в рамках государственного контракта № 16.512.11.2142 от 01 марта 2011 г. «Разработка методов получения функциональных кормов и продуктов питания на основе белковых гидролизатов, полученных из вторичных продуктов переработки животного сырья».
ЛИТЕРАТУРА
1. Куцакова, В.Е. Гидролизованная свиная шкурка для производства колбасных изделий/В.Е. Куцакова, О.А. Мухина, М.И. Кременевская// Мясные технологии. - 2002. - № 2.
2. Molin, R. Белковые гидролизаты в пищевых продуктах. Lab. of Food Sciences, College of Bioresources Sciences, Nihon University, 1866 Kameino, Fujisawa, Kanagawa 251-0873/R. Molin, J. Panek, M. Miyahara. -Japan, 2002. - Р. 2031-2042.
3. Многофункциональные продукты с улучшенными свойствами/Л.Ф. Митасева [и др.]//Мясная индустрия. - 2009. - № 9. - С. 66.
4. Получение белковых гидролизатов различного функционально-технологического назначения. Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий/В.И. Филиппов [и др.]. - СПб., 2008. - 4 с. Деп. В ВИНИТИ РАН 28.07.2008, № 654-В2008.
5. Использование ферментов в производстве белковых компонентов из птицепродуктов/В.Г. Волик [и др.]. - Зеленоград, 2003.
6. Антипова, Л.В. Микробные ферментные препараты для обработки вторичного сырья мясной промыш-ленности/Л.В. Антипова, И.А. Глотова, Н.И. Кочергина//Тез. докл. конф. «Биосинтез ферментов микроорганизмами». - М., 1993. - С. 33.
7. Антипова, Л.В. Биотехнологические аспекты рационального использования вторичного сырья мясной промышленности/Л.В. Антипова. -М.: АгроНИИТЭИММП, 1991. - 31 с.
8. Антипова, Л.В. Совершенствование переработки вторичного кера-тинсодержащего сырья птицеперерабатывающих предприятий/Л.В. Антипова, В.В. Василенко, С.В. По-лянских//Мясная индустрия.-2006. - № 11. - 51 с.
9. Забашта, А.Г. Использование низкосортного сырья для производства мясных продуктов/А.Г. Забашта, В.Н. Писменская, Н.Н. Цветкова//Мяс-ная индустрия. - 2002. - № 11. - С. 18.
10. Антипова, Л.В. Специальные микробные препараты ферментов в рациональном использовании вторичного мясного сырья/Л.В. Антипова, Н.И. Кочергина//Науч.-техн. конф. «Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок. Использование вторичного сырья пищевых ресурсов». - Киев, 1991. - Ч.1. - С. 222.
11. Effect of Maillard reaction products derived from the hydrolysate of mechanically deboned chicken residue on the antioxidant, textural and sensory properties of Cantonese sausages/W. Sun [et al.]//Meat Sci. -2010. - № 86 (2). - P. 276-282.
12. Kurozawa, L.E. Optimization of the enzymatic hydrolysis of chicken meat using response surface methodology/L.E. Kurozawa, K.J. Park, M.D. Hubinger//J. Food Sci. -
2008. - № 73 (5). - P. 405-412.
13. Нечаев, А.П. Пищевые ингредиенты в технологиях и продуктах питания, перспективы их развития/ А.П. Нечаев//Вестник «Аромарос-М». - 2004. - № 1 (7).
14. Резервы пищевого белка от переработки вторичного сырья, получаемого при убое птицы/В.Г. Волик [и др.]//Птица и птицепродукты. -
2009. - № 2.
15. Methoden der rationellen Verarbeitung eines in der Geflugelverarbeitungs-industrie anfallenden Rohstoffes/A.I. Semjonyschewa [et al.]//Fleischwirt-schaft. - 2010. - № 3. - P. 122-126.
16. Оптимизация методических подходов к оценке антиоксидантных свойств белковых гидролизатов животного происхождения/И.В. Николаев [и др.]//Мясная индустрия. -2008. - № 12. - С. 36-40.
