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.