Формирование функционально-технологических свойств мясного фарша под воздействием комплекса ферментов

Рост стоимости мясного сырья приводит к необходимости рационального использования низкосортного мяса с высоким содержанием соединительной ткани. Такой подход позволяет увеличить выход готовой продукции и получать предприятиям дополнительную прибыль [1, 2].

В последние годы в связи с интенсивным развитием биотехнологий особой популярностью пользуется ферментная обработка сырья [3–5]. Ферментативная модификация пищевых компонентов более приемлема для пищевой промышленности, чем общепринятые химические методы [6]. Опыт практического применения ферментов для обработки мясного сырья, накопленный во многих странах, свидетельствует о том, что этот способ обработки весьма эффективен для улучшения свойств сырья и увеличения объема выработки мясных продуктов [4, 7, 8]. Трансглютами-наза обладает значительным потенциалом для улучшения плотности, вязкости, эластичности и водосвязывающей способности пищевых систем [6, 7].

В мясной промышленности трансглюта-миназа используется для улучшения функциональных свойств белков в мясных продуктах, способствует устойчивому сцеплению частиц мяса без необходимости добавления солей фосфатов, а также оказывает положительное влияние на текстуру конечного продукта [6, 8, 9]. Мясное сырье содержит высокий уровень белка, включая миофибрилляр-ные белки актин и миозин, влияющие на формирование текстуры продуктов, которые являются хорошим субстратом для активности трансглютаминазы [10]. Созданная посредст- вом воздействия трансглютаминазы белковая структура стабильна в широком диапазоне рН и температур и устойчива к механическим воздействиям [7].

Трансглютаминаза решает технологические проблемы при производстве как эмульгированных колбас, так и колбас грубого измельчения [6], цельнокусковых и реструктурированных продуктов из мяса [11]. Способность связывать белки различной природы может быть использована при производстве комбинированных мясопродуктов с включением в состав мяса механической обвалки, сухого обезжиренного молока, соевой или пшеничной муки [12]. Использование транс-глютаминазы позволяет получать мясные продукты с низким содержанием жира, которые не отличаются по органолептическим свойствам от традиционных продуктов.

Многие исследователи указывают на широкое применение бактериальных препаратов и заквасок микроорганизмов для улучшения свойств мясного сырья [13–15]. В состав многих из них входят бифидобактерии и пропионовокислые бактерии, способные продуцировать широкий спектр ферментов [14, 16].

Полисахариды, выделяемые молочнокислыми бактериями во время ферментации, влияют на вязкость пищевых продуктов [17]. Экзополисахариды представляют собой сложные углеводы, расположенные вне клетки. Многие штаммы молочнокислых бактерий продуцируют внеклеточные полисахариды, которые могут быть тесно связаны с клеточной стенкой бактерий в виде капсул или высвобождаться в субстрат в виде рыхлой слизи [18]. Исследованиями доказано, что некоторые штаммы Bifidobacterium, Propioni-bacterium способны продуцировать экзополи-сахариды [18–20]. Экзополисахариды обладают способностью увеличивать влажность, сочность продуктов за счет связывания воды в полимерной матрице [21]. В литературе отмечено, что экзополисахариды являются натуральной альтернативой пищевым добавкам, улучшающим реологические показатели пищевых продуктов, кроме того, способствуют адгезии полезных микроорганизмов на стенках кишечника [22].

Актуальным вопросом является установление синергетического действия коммерческого ферментного препарата трансглютами-назы и ферментов, продуцируемых микроорганизмами бактериальных культур непосред- ственно в мясной системе. Таким образом, целью работы являлось исследование влияния трансглютаминазы и бактериальных концентратов на формирование функциональнотехнологических свойств мясного фарша.

Материалы и методы

Сырье и материалы

Материалом для исследований служила говядина охлажденная первого сорта со значением рН 5.56–5.62.

Для обработки мясного сырья использовали бактериальный концентрат Бифилакт-Про («Экспериментальная биофабрика» Российской сельскохозяйственной академии, г.Углич), включающей бактериальные культуры: Lactococcus lactis subsp. diacetilactis, Streptococcus thermophilus, Propionibacterium freudenreichii, Bifidobacterium Bifidum, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium adolescentis species . Кроме того, применяли фермент трасглютаминазу, полученный синтезом Streptomyces mobaraensis (BioBond Шанхай Кинри Фармасьютикал Ко., Лтд, дистрибьютер ООО «Флора Ингредиентс»).

Изготовление опытных образцов фарша

Говядину измельчали на мясорубке (Fimar 32/RS Unger, Italy) с диаметром отверстий решетки 5–6 мм.

Сублимированные бактериальные концентраты (1 Е.А.) предварительно активизировали в 1 л стерилизованного обезжиренного молока температурой (37 ± 1)°С в течение 5 часов. Микробную трансглютаминазу вводили в фарш в виде 20 % водного раствора.

Для проведения исследований были сформированы опытные образцы фаршей с введением бактериального концентрата в количестве 10 % от массы сырья (О-Про), опытный образец фарша с введением ТГ в количестве 0,2 % от массы сырья (О-ТГ), образцы с одновременным введением бактериального концентрата и ТГ в количестве 5 и 0,1 % соответственно от массы сырья (О-Про+ТГ). В качестве контрольного образца были приняты образцы фарша из говядины первого сорта (ОК). Таким образом, всего было изготовлено 4 рецептуры, по 5 образцов фарша для каждой рецептуры (см. таблицу).

Подготовленные образцы фарша выдерживали для созревания в течение 24 ч при температуре (2 ± 2)°C, отбирая пробы для определения показателей, характеризующих функциональные и технологические свойства (влагосвязывающая способность, реологиче-

Рецептуры образцов фарша

Образец	Компоненты, кг на 100 кг фарша		Биотехнологические добавки, кг на 100 кг фарша
	говядина первого сорта	вода	ТГ	бактериальный концентрат
О-К	90	10	0	0
О-Про	90	0	0	10
О-ТГ	90	10	0,2	0
О-Про+ТГ	90	5	0,1	5

ские свойства, потери при термообработке), через каждые 6 часов (6, 12, 18 и 24 ч).

Исследование образцов фарша

Водосвязывающую способность (ВСС) определяли методом Грау и Хамма. Метод основан на определении количества отделенной после прессования влаги по площади пятна, сформированного на фильтровальной бумаге, с помощью планиметра. Массовая доля связанной влаги в образце рассчитывалась по формуле:

Х = (А – 8,4 × В) × 100 А, (1) где X – массовая доля связанной воды в пробе, % от общей влажности; А – общая масса влаги в пробе, мг; B – площадь пятна, мм ² .

Одним из показателей технологических свойств мясного фарша является такой показатель, как потери массы при тепловой обработке. Он определяется весовым методом, основанным на измерении массы образца до и после тепловой обработки. Потери массы рассчитывали по формуле:

Р (%) = [(М 1 – М 2 ) / М 1 ] × 100, (2) где Р – потери массы после тепловой обработки, %; M 1 – вес сырого образца, г; М 2 – вес образца после термообработки, г.

Для определения значений рН 5 г образца мясного фарша смешивали с 20 мл дистиллированной воды в течение 5 минут в блендере (Ultra-Turrax T25, Janke and Kunkel, Германия). Измерения проводили цифровым pH-метром (модель 710 A+) (Elmetron, Польша), оснащенным pH-электродом (ERH-111, Elmetron, Польша).

Реологические показатели определяли с использованием структурометра (модель СТ2) путем сжатия его индентором «Цилиндр Ø36». В ходе исследований определяли общую, пластическую и упругую деформацию при следующих параметрах: усилие касания (Fк = 7 г); скорость деформации (Vд = 0,5

мм/с); внедрение индентора в пробу продукта проводили до усилия Fmax = 500 г.

Каждое измерение проводили трехкратно. Значения вероятности р ≤ 0,05 были взяты для указания статистической значимости. Данные были проанализированы с помощью One-way ANOVA [23].

Результаты исследований и обсуждение

Технологический эффект воздействия трансглютаминазы на мясную систему заключается в структурировании частично разрушенных механическим и биохимическим воздействием белковых молекул. Это позволяет образовывать устойчивый биополимерный каркас, способный эффективно удерживать в структуре молекулы воды.

При анализе изменений водосвязывающей способности (ВСС) экспериментальных образцов наблюдали существенные различия, в зависимости от состава ферментативных комплексов, содержащихся в пробах фарша. В контрольном образце ВСС в период созревания фарша постепенно возрастала и достигла максимума к 24 часам.

Установлено увеличение ВСС в образцах мясного сырья, содержащего ферменты бифидобактерий и пропионовокислых культур (О-Про), которое достигало максимальных значений 52,1 % за 12 часов выдержки. Однако к концу процесса созревания (24 часа) наблюдалось значительное снижение ВСС мясного фарша с бактериальным концентратом до 39,9 %, что связано с накоплением молочной кислоты и снижением уровня рН, который приближался к изоэлектрической точке мышечных белков (рН = 5,34).

Следует подчеркнуть, что комбинация ферментов микроорганизмов и трансглюта-миназы оказывает синергетический эффект на технологические свойства мясного фарша. Установлено, что пропионовокислые бакте- рии и бифидобактерии содержат пептидазы, при участии которых осуществляют реакции трансаминирования [20]. При одновременном введении бактериального концентрата и ТГ в мясной фарш наблюдается формирование белковой матрицы в течение 12–18 часов воздействия, соответственно, способность удерживать воду возрастает. Самые высокие значения ВСС в образцах, содержащих фермент ТГ в концентрации 0,2 %, установлены в период созревания 6–12 часов (59,56–58,49 %), а в образцах О-Про+ТГ – в период 12–18 часов (61,58–57,04 %). Небольшое снижение ВСС до 53,46 % наблюдалось в образцах О-Про+ТГв течение последнего периода созревания, что связано с протеолитической активностью микроорганизмов, приводящей к частичному разрушению белкового матрикса (рис. 1).

Результаты исследования доказали, что увеличение водосвязывающей способности фарша коррелировало со снижением потерь массы при термообработке. На начальной стадии созревания (6 ч) достоверные различия в потерях массы были обнаружены только в образцах, содержащих ТГ в концентрации 0,2 % по сравнению с контрольными образцами. Тогда как в период созревания 18–24 ч было установлено значительное снижение потерь массы фарша при термообработке для образцов, содержащих фермент ТГ (как индивидуально, так и в комплексе с ферментами бактериальных культур) по сравнению с контролем (рис. 2).

Наименьшие потери массы при термообработке фарша наблюдались в образцах О-ТГ и О-Про+ТГ – с высоким значением ВСС. Так, в образцах, содержащих ТГ, наименьшие потери массы были установлены между 6–12 часами выдержки и составили 19.03–19.99 %; в образцах О-Про+ТГ наименьшие потери массы были обнаружены в период созревания 12–18 ч и составили 20,27–21,71 %.

Мясной фарш, обладая упруго-пластической структурой, характеризуется комплексом структурно-механических свойств. Деформационные характеристики мясной системы зависят от влажности, содержания жира и степени измельчения, а на биохимическом уровне – от сил взаимодействия между функциональными группами молекул.

В результате реологических исследований установлено влияние добавления фермента ТГ и бактериального концентрата на упруго-пластические свойства мясной системы. На начальных этапах созревания мясного фарша (6 ч), содержащего комплекс ферментов бактериальных культур, установлены относи-

Рис. 1. Изменение уровня рН и водосвязывающей способности фарша в период созревания, %

CD IO

Illi

О-К

О-Про

О-Про+ТГ

О-ТГ

6 h

12 h

18 ч

24 h

trend line 12иh ейна

Рис. 2. Потери массы мясного фарша после тепловой обработки, % тельно высокие показатели общей и пластической деформации, что указывает на размягчение мясного сырья.

Наиболее выраженные упругие свойства продемонстрировали образцы О-ТГ и О-Про+ТГ. Установлено градиентное увеличение упругой деформации в течение 24 ч созревания в образцах О-ТГ и О-Про+ТГ до 3,26 и 3,32 мм соответственно. В образцах, включающих только бактериальный концентрат (О-Про), наблюдалось скачкообразное изменение упругих свойств с максимальной упругой деформацией в период созревания 12–18 ч (3,34–3,12 мм).

Следует отметить, что максимальное укрепление структуры мясной системы под влиянием комплекса ферментов микроорганизмов и трансглютаминазы происходило через 12 часов созревания, уровень общей деформации снизился до 14,00 мм; пластической – до 10,96 мм; степень упругой деформации составила 3,05 мм. Наименьшие значения общей и пластической деформации за период созревания 12 часов были установлены в образцах с 0,2 % ТГ – 10,57 и 8,00 мм соответственно. Многие исследователи связывают увеличение упругости мясных систем, содержащих ТГ, с образованием дополнительных молекулярных связей между белками мяса. В контрольном образце наблюдали постепенное снижение общей и пластической деформации и увеличение упругой деформации в течение 24 часов созревания (рис. 3).

В течение всего периода созревания отмечено, что образцы О-Про характеризовались наименьшей упругостью и наиболее выраженной пластичностью. Наблюдаемые изменения обусловлены протеолитической ак- тивностью микроорганизмов в составе данных бактериальных заквасок, приводящей к релаксации структуры мясного сырья.

При использовании комплекса ферментов микроорганизмов и TГ, участвующих в связывании биополимеров пищевых систем, в образцах наблюдали улучшение как пластических, так и упругих свойств фарша. В результате мясная система с развитыми упругопластическими свойствами легко формируется в плотную монолитную структуру мясного продукта.

Выводы

В результате исследования установлено, что комбинация ферментов микроорганизмов и трансглютаминазы оказывает синергетический эффект на функционально-технологические свойства мясного фарша. При одновременном воздействии ферментов бактериальных культур и трансглютаминазы, участвующих в связывании биополимеров пищевых систем, в образцах мясного фарша наблюдается увеличение влагосвязывающей способности, снижение потерь массы продукта при тепловой обработке, улучшение упруго-пластических свойств.

Полученные данные позволяют рекомендовать применение фермента трансглютами-назы в комбинации с бактериальным концентратом Бифилакт-Про для формирования оптимальных технологических свойств мясного сырья из говядины первого сорта в период созревания 12–18 часов.

Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление № 211 от 16.03.2013 г.), соглашение № 02.A03.21.0011 и при финансовой поддержке государственного задания № 40.8095.2017/БЧ (2017123-ГЗ) и гранта РФФИ 18-53-45015.

квяээки1ЭВ1/и и KEhigo

wvxi'KMhewdoфat7' KEjAjduA

КЕЯЭЭКИ1ЭЕ1/и И KEhigO

КЕЯЭЭКИ1ЭЕ1/и И KEhigO

КЕЯЭЭКИ1ЭЕ1/и И KEhigO