Изучение биологической ценности и функционально-технологических свойств пасты из модифицированного рубца

Производство и переработка мяса занимает ведущее место в агропромышленном комплексе страны, так как мясопродукты являются в рационе питания населения основным источником белка. Известно, что одним из важнейших факторов сохранения здоровья населения является рациональное питание, построенное на основе научных данных о потребностях человека в энергии и основных веществах. Кроме того, с учетом физиологических потребностей человека в пище разрабатываются принципы специализированного и функционального питания, которые приобретают особую актуальность при изыскании новых ресурсов животного белка.

Современные технологии производства продуктов питания широко используют технологические и функциональные добавки, в качестве которых в последние годы широкое распространение получило вторичное сырье животного происхождения. В основном это коллагенсодержащее сырье: свиные и куриные шкурки, ноги, мясо голов, мясная обрезь, субпродукты и т.д. Целесообразность и эффективность их использования в производстве мясных продуктов доказана. Имеется огромный опыт расширения ассортимента мясных продуктов специализированного и функционального питания.

В связи с изменением структуры и организации производства и переработки мяса усугубляются проблемы рационального использования слизистых субпродуктов. Для крупных производителей мяса сбор и хранение слизистых субпродуктов не представляется эффективным, а предприятия средней и малой мощности не располагают специализированными цехами для переработки кишечного сырья.

В настоящее время достигнуты определенные успехи в реализации оригинальных идей и эффективных технологий переработки коллагенсодержащего сырья. Основными направлениями его использования являются технологии создания белково-жировых эмульсий, содержащих различные функциональные ингредиенты [1-3], желатина [4], пептидных препаратов, а также использования биохимически модифицированных субпродуктов в создании функциональных мясных продуктов [5-7].

Решение поставленной проблемы предопределило задачи, которые следует решить, и постановку экспериментальных исследований.

На основе изучения технологических, физиологических и гистоморфологических вопросов, анализа выхода субпродуктов слизистой группы (1,7-2,5%) показано, что рубец обладает значительным выходом. Изучение морфологии и гистологии рубцовой ткани выявило, что основу составляет соединительная ткань, к которой примешиваются жировая и гладкая мышечная ткани. Последняя содержит незначительное количество поперечно-полосатых мышечных волокон, а гладкая мышечная ткань представлена наружным и внутренним слоями [1].

Непосредственное использование нативного рубца в рецептуре мясопродуктов придает им жесткую консистенцию, обусловленную свойствами коллагеновых и эластиновых волокон.

В настоящее время накоплен огромный практический опыт размягчения соединительной ткани. Хорошие результаты получены за счет применения как отдельных способов тендериза-ции: механических, физических, химических и биотехнологических, так и их комбинаций. В свете последних достижений биотехнологии в целом в мясной промышленности все большую актуальность приобретают биотехнологические приемы совершенствования технологий.

Применение ферментных препаратов для обработки коллагенсодержащего сырья основано на ферментативной модификации структуры белка соединительной ткани. Хотя теоретические основы использования ферментов в промышленности известны, однако изменения состава и свойства субстрата, способа использования фермента и ряд других факторов требуют дополнительных исследований. Особенно следует обратить внимание на субстратную специфичность фермента, так как, в частности, рубцовая ткань представляет собой белки с различной структурой и биохимическими свойствами. Кроме того, важно учитывать физиологическую роль фермента. Например, коллагеназы микробного происхождения обладают полифункциональностью в отношении пептидных связей [9].

Известно, что биосинтез различных тканей происходит при непосредственном участии ферментов, каждый из которых обладает определенный специфичностью. Так, для тканевой коллагеназы характерна более узкая специфичность, которая может иметь большое практическое значение. Известно, что коллагеназа головастика разрушает структурную единицу коллагена - тропоколлаген лишь в одном листе, и предполагает развертывание всей коллагеновой цепи, раскрывая дополнительные пептидные связи для доступа других протеолитических ферментов, углубляющих процесс деградации полипептидной цепи коллагена [9].

На данном этапе исследований эксперименты были направлены на изучение свойств белкового компонента пасты и изучение его функционально-технологических свойств. Отдельным блоком представлены исследования белкового компонента модифицированного рубца в виде пасты и изучение вопросов его безопасности. Практическое значение пасты из модифицированного рубца изучали на примере технологии вареной колбасы из конины.

Материалы и методы

Объектом исследования служила паста из рубца крупного рогатого скота, модифицированная ферментным раствором (лизатом), содержащая пепсин.

При определении органолептических свойств руководствовались ГОСТ 9959 Продукты мясные. Общие условия проведения органолептической оценки. Массовые доли определения: влаги - ГОСТ Р 51479 Мясо и мясные продукты. Методы определения массовой доли влаги; белка - ГОСТ Р 25011 Мясо и мясные продукты. Методы определения белка, жира -ГОСТ 23042 Мясо и мясные продукты. Методы определения жира; золы - ГОСТ Р 53642 Мясо и мясные продукты. Метод определения массовой доли общей золы. Структурно-механические, функционально-технологические свойства продукта и фракционный состав белков определяли по методам, описанным в литературе [10]. Аминокислотный состав определяли на автоматическом анализаторе ААА - 881. Микробиологические показатели и гигиенические требования - по стандартным методикам.

Результаты исследований

Ранее отмечалось, что увеличивающийся дефицит пищевого белка, прежде всего животного происхождения, определяет необходимость изыскания дополнительных резервов, главным образом за счет возможности переработки для этих целей вторичного коллагенсодержа- щего сырья. При решении проблемы количественного дефицита белка животного происхождения возникает необходимость его качественной характеристики, определяемая фракционным и аминокислотным составом.

Результаты изучения качественной характеристики белковой пасты из модифицированного рубца представлены в таблицах 1-3.

В таблице 1 представлен фракционный состав белков рубцовой ткани крупного рогатого скота до и после ферментативной модификации.

Таблица 1

Фракционный состав пасты до и после модификации

Виды белков	Значение
	до	после
Водорстворимые	2,1±0,31	10,8±0,91
Солерастворимые	4,6±0,42	2,6±0,11
Щелочерастворимые	8,4±0,40	1,7±0,09
Итого	15,1	15,1

Из таблицы 1 видно, что значительная доля белков нативной ткани представлена белками соединительной ткани рубца и белками гладкой мышечной ткани, последние - преимущественно белками сарколеммы ядер и внутриклеточными соединительно-тканными белками.

После ферментативной модификации, как показывают данные таблицы 1, наблюдается перераспределение белковых фракций рубцовой ткани. Так, содержание водорастворимой фракции увеличивается примерно в 5 раз, а содержание соединительнотканных белков уменьшается в 4,9 раза. Вероятно, при ферментативной модификации рубца имеет место гидролитическое расщепление коллагена соединительной ткани и белков гладкой мышечной ткани с образованием средне- и низкомолекулярных пептидов.

Результаты изучения фракционного состава белков рубца после ферментативной модификации указывают на достаточно высокую эффективность обработки рубца раствором пепсина (лизатом) после его термообработки. Повышение протеолитической активности пепсина в отношении гидротермически обработанного рубца обусловлено, с одной стороны, обводнением коллагеновых волокон, с другой - развертыванием тройной спирали тропоколлагена в результате повышения энергии теплового движения, превышающей стабилизирующие тройную спираль силы. Таким образом, слабокислая среда способствует набуханию коллагена. Кроме того, происходит механическая иммобилизация молекул воды в микро- и макропоры коллагена, которая также усиливает взаимодействие фермента с субстратом.

В таблицах 2 и 3 представлены результаты исследования аминокислотного состава пасты из рубца после ферментативной модификации.

Таблица 2

Аминокислотный состав пасты из ферментированного рубца

Аминокислота	Содержание г/100 г	Аминокислота	Содержание г/100 г
Аргинин	6,3	Триптофан	1,1
Валин	4,0	Аланин	6,5
Гистидин	2,0	Аспарагиновая кислота	7,8
Изолейцин	3,5	Глицин	10,1
Лейцин	6,2	Глютаминовая кислота	11,6
Лизин	6,0	Пролин	8,8
Метионин	1,8	Серин	3,7
Треонин	3,6	Тирозин	2,7
Фенилаланин	3,8	Цисцин	0.8

Как показывают данные таблицы 2, паста из рубца КРС после ферментации содержит значительное количество глицина, аланина и пролина, высокое содержание которых характерно для нативного коллагена, так как они являются непосредственными участниками его структуры и обеспечивают ее стабильность.

Таблица 3 Аминокислотный скор пасты из ферментированного рубца

Аминокислота	Шкала ФАО/ВОЗ	Паста из говяжьего рубца
		г/100 г	скор
Изолейцин	4,0	3,2	80
Лейцин	7,0	5,8	83
Лизин	5,5	5,5	100
Метионин + цистин	3,5	2,0	57
Фенилаланин + тирозин	6,0	5,7	95
Треонин	4,0	3,4	85
Валин	5,0	3,6	72
Триптофан	1,0	-	-

Данные таблицы 3 показывают, что по аминокислотному скору паста из ферментированного рубца представляет собой неполноценный продукт по белковому компоненту, лишь по лизину соответствует шкале ФАО/ВОЗ. Однако, учитывая ухудшение структуры питания населения нашей страны, особенно снижение объемов потребления животного белка на 1820 %, использование пасты из ферментированного рубца решает проблему количественного обеспечения рациона белком. Анализ качественного белкового состава продукта указывает на необходимость мероприятий по его оптимизации. Хотя коллагенсодержащий продукт не может быть адекватной заменой мышечной ткани по содержанию триптофана и цистина, как показывают данные таблицы 2, возможен подбор рецептуры, которая не снижает аминокислотную сбалансированность продукта, приближаясь по количественному соотношению аминокислот к требованиям ФАО/ВОЗ. Кроме того, при использовании коллагенсодержащего компонента в составе мясопродуктов имеет место его обогащение балластными веществами, которые рассматриваются как фактор адекватного питания.

В таблице 4 представлена качественная характеристика пасты на основе модифицированного говяжьего рубца.

Таблица 4 Характеристика пасты на основе модифицированного говяжьего рубца

Органолептические показатели	Значение
Внешний вид	серо-белый цвет
Консистенция	пастообразная
Запах	без запаха
Вкус	безвкусный
Физико-химические показатели
Массовая доля влаги, %	79,7±1,3
Массовая доля белка, %	13,3±0,6
Массовая доля золы, %	1,1±0,1
Массовая доля жира, %	5,5±0,3

Результаты исследования химического состава показывает, что паста из модифицированного рубца может быть использована в качестве белкового обогатителя животного происхождения, так как содержит 15,1 % белка.

Исследования микробиологических показателей и гигиенических требований безопасности пасты из ферментированного рубца, представленные в таблицах 5 и 6, показывают, что продукт соответствует требованиям, предъявляемым Техническим регламентом Таможенного союза (ТР ТС 034/2013).

Таблица 5 Микробиологические показатели безопасности пасты из модифицированного рубца

Показатель	КМАФАнМ КОЕ/г	БГКП	Сульфитредуцирующие клостридии	S. aureus
Микробиологические нормативы	2,0*10	не допускается в 1 г	не допускается в 0,1 г	не допускается в 1 г
Содержание в продукте	1,5*10	не обнаружены	не обнаружены	не обнаружены

Таблица 6

Гигиенические показатели безопасности пасты из модифицированного рубца

Гигиенические требования	Токсичные элементы мг/кг, не более				Пестициды (α-, β-, γ-изомеры)	ДДТ и его метаболиты
	свинец	мышьяк	кадмий	ртуть
	2,0	1,0	0,1	0,05	0,1	0,1
Содержание в продукте	0,5	0,1	0,05	не обнаружены	не обнаружены	не обнаружены

На следующем этапе работы была рассмотрена возможность внесения полученной пасты в рецептуру конской вареной колбасы. Для определения оптимальной дозы были изучены функционально-технологические свойства конского фарша в зависимости от содержания пасты. Пасту на основе модифицированного рубца вносили в количестве 10, 15, 20 и 25 %. В таблице 7 приведены результаты исследования влияния дозы пасты на изменение функционально-технологических характеристик фарша.

Таблица 7 Изменение функционально-технологических свойств фарша в зависимости от количества внесенной пасты

Доза вносимой пасты, %	ВСС, %	ВУС, %	ЖУС, %
0	79,2±1,4	86,22±1,2	88,42±1,6
10	82,1±1,6	88,23±1,3	89,51±1,8
15	83,1±1,8	88,61±1,4	90,21±1,9
20	82,2±1,9	89,23±1,7	90,53±2,3
25	80,5±1,2	89,14±1,5	90,42±2,4

Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют о том, что введение пасты до 15 % способствует повышению гидрофильности сырой мясной системы на 3-4 %. Дальнейшее увеличение дозы пасты обводняет фарш, поэтому показатель гидрофильности фарша снижается.

Анализ представленных данных показал, что с увеличением дозы пасты на основе модифицированного рубца функционально-технологические свойства фарша после термической обработки повышаются. Так, при максимальном введении пасты (25 %) водо- и жироудерживающая способности повышаются на 3,2 и 2,1 % соответственно. Улучшению функциональнотехнологических свойств способствует денатурация модифицированных коллагеновых волокон с образованием желирующих компонентов, удерживающих дополнительное количество молекул воды. Основная роль в этом процессе отводится коллагену, но нужно отметить роль гладких и поперечнополосатых мышечных волокон, которые способствуют появлению активных функциональных гидро- и липофильных групп.

Вывод

Таким образом, на основании выполненных исследований изучен фракционный состав белков пасты из модифицированного рубца. Показано, что ферментация рубца способствует увеличению содержания водорастворимых белков в 5 раз, а увеличение щелочерастворимой фракции в 4,9 раза указывает на эффективность ферментативного гидролиза. Исследованиями качественного состава белков пасты выявлено высокое содержание аминокислот, участвующих в формировании и стабилизации структуры коллагена (глицина, аланина и пролина). По аминокислотному скору паста относится к неполноценному продукту. Поэтому при ее использовании в рецептуре мясопродукта необходима количественная и качественная корректировка белкового компонента. Исследования функционально-технологических свойств пасты позволяют использовать ее в производстве вареной колбасы в количестве 15 %. По результатам изучения микробиологических показателей и гигиенических требований безопасности паста из модифицированного рубца отвечает требованиям ТР ТС 034/2013.