Функционально-технологические свойства комплекса животных белков

Автор: Кудряшов Леонид Сергеевич, Кудряшова Ольга Алексеевна, Тихонов Сергей леонидовиЧ., Тихонова Наталья Валерьевна

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии @vestnik-susu-food

Рубрика: Прикладная биохимия и биотехнологии

Статья в выпуске: 2 т.5, 2017 года.

Бесплатный доступ

Разработан белковый комплекс «М 100» (СБ «М 100»), в состав которого входят коллагеновые (пептон), яичные и молочные сывороточные белки. Для эффективного использования данной смеси белковой (СБ) при производстве мясных продуктов исследованы ее состав и функционально-технологические свойства. При проведении исследований были использованы химические, физико-химические и инструментальные методы и приборы. Определен химический и аминокислотный состав смеси белковой (СБ) «М 100», который показал, что комбинирование яичного белка и молочного сывороточного с высоким аминокислотным скором с коллагеновым белком (пептоном) способствует повышению сбалансированности комплекса белков как по сумме, так и по отдельным незаменимым аминокислотам. Показано, что в составе смеси более 62 % приходится на долю белка. На основании результатов выполненных исследований установлено, что смесь белковая «М 100» относится к группе белковых концентратов. Определена минимальная концентрация СБ, достаточная для образования гелевой структуры (критическая концентрация гелеобразования (ККГ)) и влияние концентрации смеси белковой на предельное напряжение разрушения (ПНР) полученных гелей, значения которого позволяют судить об их прочности и устойчивости. Выявлена динамика растворимости белковой смеси в диапазоне низких положительных температур. Установлено, что этот показатель является совокупным результатом растворимости отдельных ингредиентов смеси, в том числе следствием суммарного изоэлектрического состояния основных белков. Показано, что в присутствии хлорида натрия растворимость белков существенно повышается. Наиболее заметные изменения показателя отмечены при содержании NaCl до 1 % к массе раствора. Установлены способности смеси белковой «М 100» к взаимодействию с водой и жиром, что подтверждает технологическую целесообразность использования данного комплексного белкового ингредиента в составе вареных колбас. Жироэмульгирующая способность белков исследуемой смеси несколько ниже показателя для яичного белка, однако выше способности пептона эмульгировать жир почти на 16 %. Показатель стабильности эмульсии белковых ингредиентов СБ сопоставим с пептоном.

Еще

Белковая смесь, пептон, яичный белок, молочная сыворотка, функциональные свойства

Короткий адрес: https://sciup.org/147160840

IDR: 147160840   |   DOI: 10.14529/food170203

Текст научной статьи Функционально-технологические свойства комплекса животных белков

В настоящее время наметилась устойчивая тенденция в развитии технологии продуктов питания с минимальным содержанием добавок и ингредиентов химического (синтетического) происхождения с одновременным ростом популярности применения пищевых добавок и ингредиентов натурального происхождения; к минимизации использования ГМО сырья, что, в конечном итоге, позволит получить продукты, максимально отвечающие требованиям безопасного и адекватного питания [1–3].

По данным многих исследователей, комплексное использование разных белков и их сочетание с пищевыми добавками дает более выраженный эффект в отношении функционально-технологических свойств как собст- венно смесей, так и мясных фаршевых систем с их использованием [4–6]. Одним из таких комплексных белковых препаратов является смесь белковая «М 100» (СБ «М 100»), в состав которой входят коллагеновые (пептон), яичные и молочные сывороточные белки (ТУ 9199-001-84711947-08). Данная белковая композиция используется при производстве мясных продуктов на протяжении нескольких лет. Для эффективного использования данной смеси необходимо исследовать ее функционально-технологические свойства.

Материалы и методы

При проведении исследований использованы следующие методы: содержание влаги определяли методом высушивания навески до постоянной массы по ГОСТ Р 51479-99, содержание белка по ГОСТ 26889-86, содержание жира по ГОСТ 23042-86, содержание аминокислот с использованием аминокислотного анализатора «HITACHI L-8900», аминокислотный скор расчетным путем, концентрацию ионов водорода определяли с помощью рН-метра модели 2696 «Замер» с использованием комбинированного электрода, предельное напряжение разрушения (ПНР) определяли на универсальной испытательной машине «Инстрон-3342» с использованием набора цилиндрических инденторов, водосвязывающую и влагоудерживающую способность белков – методом прессования, водопоглощающую способность определяли методом водного насыщения образцов препаратов сухого белка, критическую концентрацию гелеобразования (ККГ) определяли по методике Рогова И.А. с соавторами [7]. Метод основан на определении минимальной концентрации белкового препарата, при которой формируется гель, жиропоглощающую способность – методом добавления избытка масла [8], жироэмульгирующую способность модифицированным методом Webb N.B. еt аl. [9], органолептическую оценку проводили в соответствии с ГОСТ 9959-91.

Принимая во внимание, что гелеобразование является чрезвычайно важной функцией белков, представлялось целесообразным исследовать способность СБ «М 100» к образованию гелей и изучить свойства полученных структур. Приготовление гелей белковых препаратов осуществлялось по методу Boles J.A., et al. [10] с некоторыми модификациями: 20 мл раствора белкового препарата с исследуемой концентрацией диспергировали в воде в мензурках на 25 мл. Дисперсии тщательно перемешивали стеклянной палочкой и выдерживали в течение 30 минут. Мензурки покрывали алюминиевой фольгой для предотвращения потерь влаги и нагревали на водяной бане до 85 °C в течение 30 минут. Горячие образцы немедленно помещали в холодильник и выдерживали при 4 °C в течение 24 часов.

Результаты и обсуждение

На начальном этапе исследований были изучены состав и свойства СБ. Согласно полученным результатам, на долю белка в составе смеси приходится более 62 % (табл. 1).

В табл. 2 приведены аминокислотный состав отдельных белковых ингредиентов, входящих в состав СБ и рассчитаны аминокислотные скоры. По содержанию незаменимых аминокислот СБ уступает сыворотке и яичному белку, однако превосходит по их количеству коллагеновый белок, которого в составе исследуемой смеси содержится около 50 %.

Аминокислотные скоры лейцина, изолейцина, фенилаланина+тирозина и метионина + цистеина в составе СБ в 1,65–2,1 раза выше, чем у пептона. Содержание триптофана превышает уровень в коллагеновом белке в 50 раз.

В целом, скоры по каждой аминокислоте в составе СБ составляют не менее 70 %, за исключением лейцина и триптофана, скоры которых соответственно равны 65,7 и 50 %. По сумме заменимых аминокислот СБ более других белковых ингредиентов соответствует эталонному белку.

Способность белков к образованию гелей имеет решающее значение для направленного использования их в технологии тех или иных продуктов питания. Одним из определяющих факторов является концентрация и свойства белка, необходимые для формирования гелевой структуры [11, 12]. В ходе исследований определяли минимальную концентрацию СБ, достаточную для образования гелевой структуры (критическую концентрацию гелеобразования (ККГ)) и влияние концентрации смеси на предельное напряжение разрушения (ПНР) полученных гелей, значения которого позволяют судить об их прочности и устойчивости.

Установлено, что критическая концентрация, необходимая для формирования геля СБ, составила 5,5 %. Для сравнения: значение данного показателя для коллагеновых белков составляет 7 % [13], а для изолированного соевого белка – 8 % [14].

Предельное напряжение разрушения термоформируемых гелей определяли при концентрации белковой смеси от 6 до 20 %. Согласно полученным данным, величина ПНР линейно зависит от концентрации исследуемой белковой смеси (рис. 1).

Учитывая, что данная белковая композиция разработана для использования в фаршевых изделиях, а в соответствии с ГОСТ Р 52196-2011 массовая доля белка в вареных колбасах должна составлять от 9 до 13 %, для дальнейших исследований была принята степень гидратации смеси, равная одной части смеси на 5 частей воды, что соответствует 16,6 % концентрации СБ в растворе и содержанию белка 10,4 %.

Таблица 1

Наименование показателя

Значение показателя

Массовая доля белка, %

62,4 ± 0,3

Массовая доля жира, %

4,8 ± 0,1

Массовая доля воды, %

5,6 ± 0,1

рН 1 %-ного раствора

6,35 ± 0,05

Таблица 2

Наименование аминокислоты

Аминокислотный состав, г/100 г белка в составе

Аминокислотный скор, %, белков

сухой сыворотки

пептона

яичный белок

СБ

ФАО/ВОЗ

сухой сыворотки

пептона

яичного белка

СБ

Незаменимые аминокислоты

вал

4,9

2,5

6,62

3,6 ± 0,01

5,0

98,0

50,0

132,4

72,0

лей

10,6

2,7

8,13

4,6 ± 0,01

7,0

151,4

38,6

116,1

65,7

иле

5,0

1,5

5,6

2,8 ± 0,01

4,0

125,0

37,5

140,0

70,0

лиз

9,0

4,4

5,95

4,9 ± 0,01

5,5

163,6

80,0

108,2

89,1

мет+ цис

5,1

1,3

4,4

2,8 ± 0,01

3,5

145,7

37,1

125,7

80,0

фен+тир

5,6

2,9

9,52

4,8 ± 0,02

6,0

93,3

48,3

158,7

80,0

тре

6,6

2,3

4,53

3,0 ± 0,03

4,0

165,0

57,5

113,2

75,0

три

1,8

0,01

1,48

0,5 ± 0,04

1,0

180,0

1,0

148,0

50,0

Сумма

48,6

17,61

46,23

27,0

36,0

Заменимые аминокислоты

арг

2,16

7,3

5,48

6,0 ± 0,01

6,7

32,2

108,9

70,1

89,5

асп

1,24

6,3

9,22

6,5 ± 0,04

10,2

12,2

61,8

77,4

63,7

ала

1,5

8,7

6,34

7,0 ± 0,03

3,8

39,5

229,0

147,4

184,2

гис

1,4

2,3

2,16

2,0 ± 0,04

2,9

48,3

79,3

62,1

69,0

гли

1,5

15,3

3,47

10,5 ± 0,02

3,7

40,5

413,5

81,1

388,5

глн

0,33

11,0

13,2

10,3 ± 0,05

16,8

2,0

65,5

67,3

61,3

сер

1,08

3,1

7,01

4,0 ± 0,04

4,6

23,5

67,4

137,0

87,0

про

5,37

11,5

3,87

8,5 ± 0,06

4,5

119,3

255,5

68,9

188,9

Сумма

14,58

65,5

50,8

54,8

53,2

Химический состав и величина рН смеси молочно-белковой

Аминокислотный состав и скоры белковых ингредиентов

Рис. 1. Влияние концентрации СБ на прочность гелей

Гелеобразующие свойства белков существенно зависят от количества присутствующих солей и других компонентов [15]. Результаты исследования влияния концентрации NaCl на прочность 16,6 % геля белковой смеси приведены на рис. 2.

Установлено, что добавление хлорида натрия в исходные растворы белковой смеси снижают прочность образующихся гелей. Анализ данных показал, что наиболее заметное снижение устойчивости гелей к разрушению отмечается при содержании NaCl в растворе менее 1 %. В области технологических концентраций хлорида натрия (от 1 до 2,5 %) снижение показателя предельного напряжения разрушения нарастает, но менее интенсивно и, при максимальном содержании NaCl, значение показателя составляет 77,5 % от уровня прочности геля без соли.

Рис. 2. Влияние NaCl на прочность гелей СБ «М 100»

Важным свойством белков является их способность к взаимодействию с водой и, в частности, растворимость. Растворимость СБ определяли как отношение содержания белка, перешедшего в раствор при экстракции, к общему содержанию белка (2,592 мг/мл), выраженное в процентах. Установлено, что в области температур от 0 до плюс 4 °С, при которых выполняются основные технологические процессы переработки мяса и изготовления колбас, в раствор переходит от 1,11 мг/мл белков, что соответствует 42,9 % к их общему содержанию, а при температуре 20 °С растворяется до 1,24 мг/мл или 48 % (рис. 3).

Анализируя динамику растворимости, можно полагать, что в диапазоне низких положительных температур этот показатель является совокупным результатом растворимости отдельных ингредиентов смеси, в том числе следствием суммарного изоэлектрического состояния (рI) основных белков. Известно, что pI овальбумина, на долю которого приходится до 54 % яичного белка, а также белков сыворотки лежит ниже рН 5,0, тогда как pI пептонов определяется в более нейтральной области (рН около 6,0). Поэтому присутствие в составе исследуемой смеси белков неколлагеновой природы способствует сдвигу суммарной pI в кислую сторону и улучшению растворимости смеси по сравнению с коллагеновой составляющей.

Рис. 3. Влияние температуры на растворимость белков СБ «М 100»

Установлено, что в присутствии хлорида натрия растворимость белков исследуемой смеси существенно повышается. Наиболее заметные изменения показателя отмечены при содержании NaCl до 1 % к массе раствора. При дальнейшем повышении количества NaCl в системе растворимость белков повышается менее интенсивно. Из приведенных на рис. 4 данных очевидно, что в диапазоне концентра- ций NaCl от 1 до 2,5 %, имеющих технологическое значение, растворимость белков смеси увеличивается и на 58–74 % превосходит уровень растворимости смеси в отсутствии хлорида натрия.

Рис. 4. Влияние концентрации NaCl на растворимость СБ

Исследования жироэмульгирующей способности (ЖЭС) исследуемой смеси белковой показали, что для комплекса белков этот показатель ниже, чем у яичного белка и пептона на 56 и 28 % соответственно (табл. 3).

Однако, если выразить полученные ре- зультаты ЖЭС на мг белка (столбец 4), становится очевидным, что наибольшей эмульгирующей способностью обладают белки сыворотки молока. Жироэмульгирующая способность белков исследуемой смеси ниже показателя для яичного белка только на 14,5 % и выше способности пептона эмульгировать жир почти на 16 %.

Согласно оценки показателя стабильности эмульсии (табл. 4), композиция белковых ингредиентов сопоставима с пептоновой составляющей.

Уровень стабильности эмульсий СБ и собственно коллагенового белка на 38,1 и 36,5 % ниже, чем у яичного белка, проявляющего максимальные жироэмульгирующие свойства.

На основании результатов выполненных исследований установлено, что смесь белковая «М 100» относится к группе белковых концентратов. Биологическая ценность исследуемого комплекса ингредиентов определяется присутствием в его составе как полноценных белков сыворотки молока и яичного белка, так и содержанием продуктов частичного гидролиза коллагена – пептонов, функциональность которых, с точки зрения адекватного питания, рассматривается как балластные

Таблица 3

Жироэмульгирующая способность смеси белковой и ее составляющих в г масла/100 мг

Наименование ингредиента

Массовая доля белка %

Жироэмульгирующая способность, г масла/100 мг

ингредиента

белка

1

2

3

4

СБ

62

56 ± 1,5

89,75

Яичный белок сухой

93

128 ± 2,0

104,95

Сыворотка молочная сухая

12

16 ± 1,0

133,34

Пептон

82

78 ± 2,5

75,61

Таблица 4

Стабильность эмульсии смеси белковой «М 100» и ее составляющих

Наименование ингредиента Масса, г Стабильность эмульсии, % эмульсии до тепловой обработки после тепловой обработки воды после т/о масла после т/о эмульсии после т/о СБ 50 19,5 ± 0,4 0,3 ± 0,1 30,2 ± 0,5 60,4 Яичный белок 50 1,0 ± 0,2 0,2 ± 0,1 48,8 ± 0,3 97,6 Сыворотка 50 33,4 ± 0,6 0,3 ± 0,1 16,3 ± 0,7 32,6 Пептон 50 18 ± 0,5 1,0 ± 0,1 31,0 ± 0,6 62,0 вещества, способствующие улучшению работы желудочно-кишечного тракта человека. Анализ аминокислотного состава показал, что совместное использование белковых ингредиентов с высоким аминокислотным скором и пептонов коллагеновой природы в принятом соотношении способствует повышению сбалансированности СБ «М 100» как по сумме, так и по отдельным незаменимым аминокислотам.

Выявлена динамика растворимости СБ в диапазоне низких положительных температур. Установлено, что в присутствии хлорида натрия растворимость белков исследуемой смеси существенно повышается. Наиболее заметные изменения показателя отмечены при содержании NaCl до 1 % к массе раствора.

Установлена способности СБ «М 100» к взаимодействию с водой и жиром, что подтверждает технологическую целесообразность использования данного комплексного белкового ингредиента в составе вареных колбасных изделий. Жироэмульгирующая способность белков исследуемой смеси несколько ниже показателя для яичного белка, однако выше способности пептона эмульгировать жир почти на 16 %. Показатель стабильности эмульсии смеси белковой «М 100» сопоставим с уровнем показателя для коллагеновых белков.

Список литературы Функционально-технологические свойства комплекса животных белков

  • Гуринович, Г.В. Белковые препараты и пищевые добавки в мясной промышленности/Г.В. Гуринович, Н.Н. Потипаева, В.М. Позняковский. -Кемерово: Кузбассвузиздат: АСТШ, 2005. -362 с.
  • Негоица, А.С. Получение функциональных белков по технологии Альфа Лаваль/А.С. Негоица//Мясная индустрия. -2009. -№ 11. -С. 40-42.
  • Федоренко, В.Ф. Генетически модифицированные растения и продукты питания: реальность и безопасность: аналит. обзор/В.Ф. Федоренко, Д.С. Буклагин, Э.Л. Аронов. -М.: Россельхоз. Федеральное агентство по сельскому хозяйству, 2005. -198 с.
  • Кудряшов, Л.С. Использование молочно-белковых комплексов при производстве продуктов из баранины/Л.С. Кудряшов, Е.А. Шалагина//Мясная индустрия. -2011. -№ 1. -С. 35-38.
  • Постников, С.И. Современные белковые препараты животного происхождения для вареных колбасных изделий/С.И. Постников, И.В. Рыжикова//Мясная индустрия. -2009. -№ 11. -С. 43-45.
  • Базарнова, Ю.Г. Влияние белковых препаратов на сохраняемость качества мясных изделий/Ю.Г. Базарнова, Т.Е. Бурова, А.Л. Ишевский, В.И. Соскин//Мясная индустрия. -2004. -№ 11. -С. 37-41.
  • Рогов, И.А. Функциональные свойства гидроколлоидов. Соевые белки/И.А. Рогов, А.И. Жаринов, Н.В. Гурова, А.Ю. Попов. -М.: МГУПБ, 2003. -31 с.
  • Quinn, J.R. A Practical Measurement of Water Hydration Capacity/J.R. Quinn//J. Food Techn. -1979. -V.2. -S. 1122-1127.
  • Webb, N.B. The Measurement of Emulsifying Capacity by Electrical Resistance/N.B. Webb, F.J. Ivey, H.B. Craig, V.A. Jones, and R.J. J. Momoe//Food Sci. -1970. -V. 35. -S. 501-504.
  • Boles, J.A. Effect of Porcine Stress Syndrome on the Solubility and Degradation of Myofibrillar/cytoskeletal Proteins/J.A. Boles, Jr.F.C. Parrish, T.W. Huiatt, R.M. Robson//J. of Animal Science. -1992. -V. 70. -P. 454-464.
  • Quinn, J.R. A Practical Measurement of water Hydration Capacity/J.R. Quinn//J. Food Techn. -1979. -V. 2. -S. 1122-1127.
  • Phillips, E.G. Structure-Function Properties of Food Proteins/E.G. Phillips, D.M. Whitehead, J. Kinsella//Protein Gelation: Academic Press, Inc.: London, 1994. -Ch. 9. -P. 179-204.
  • Соломахина, О.Ю. Разработка технологии вареных колбасных изделий с использованием структурированных дисперсных систем на основе животных белков и гуммиарабика: дис. … канд. техн. наук/О.Ю. Соломахина. -М., 2007. -С. 58-61.
  • Catsimpoolas, N. Gelation Phenomena of Soybean Globulins: I. Protein-protein Interactions/N. Catsimpoolas, E.W. Meyer//Cereal Chem. -1970. -V. 47. -Р. 559-570.
  • Smith, D.M. Protein interactions in gels: Protein-protein interactions/D.M. Smith//In Thermal Analysis of Foods: V.R. Harwalkar and C.-Y. Ma (Eds.). -New York. Elsevier Applied Sci, 1994. -P. 209-224.
Еще
Статья научная