Функционально-технологические свойства комплекса животных белков
Автор: Кудряшов Леонид Сергеевич, Кудряшова Ольга Алексеевна, Тихонов Сергей леонидовиЧ., Тихонова Наталья Валерьевна
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.
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
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.