Квалиметрическая оценка качества йодсодержащих добавок

В соответствии с «Концепцией государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2020 г», которая определяет в качестве стратегической цели формирование в России основ и индустрии здорового питания, к числу приоритетных задач относится увеличение производства новых обогащенных, диетических и функциональных пищевых продуктов [1].

Особая роль в питании человека принадлежит эссенциальным микронутриентам, участвующим в обмене веществ организма и зачастую определяющим состояние здоровья. Одним из наиболее распространенных видов таких заболеваний является эндемический зоб, связанный с йодной недостаточностью. Практически на всей территории центральной части Российской Федерации и в Северной Осетии потребление йода с пищей и водой снижено. Реальное потребление йода составляет всего 40 - 80 мкг в день, т.е. в 2-3 раза ниже рекомендованного уровня. Недостаточное потребление йода создает серьезную угрозу здоровью и требует проведения мероприятий по массовой профилактике [2].

Поэтому проблема разработки новых йодсодержащих добавок на основе органических носителей (коллагенновых животных белков) и применение природной минеральной воды «Йодис-концентрат», как источника йода, для обогащения мясных рубленых полуфабрикатов является актуальной и значимой.

Интерес к использованию свиной шкурки, керапептида и коллагена объясняется входящим в их состав соединительнотканным белком – коллагеном, отличающимся от других белков физико-химической активностью и реакционной способностью функциональных групп. Аминокислотный состав коллагена характеризуется высоким содержанием глицина и аланина. Содержание этих аминокислот коррелирует со степенью связывания йода объектами. Поэтому в работе в качестве матриц для иммобилизации йода применялись свиная шкурка, керапептид, коллаген, а также белковые концентраты СКАНПРО и PROMILC95, в состав которых также входят указанные аминокислоты.

Уникальная молекулярная структура коллагена, наличие на его поверхности большого количества функциональных группировок открывает новые перспективы в использовании коллагенсодержащего сырья как источника обогащения мясных продуктов физиологически активными веществами, в том числе йодом [3, 4, 5]. Очищенные коллагеновые субстанции из соединительнотканных отходов мясной промышленности выступают как компоненты рецептур продуктов питания с заданным составом и уровнем балластных веществ.

Большой интерес к белковым концентратам со стороны технологов объясняется тем, что они имеют нейтральный запах и вкус, что выгодно отличает их от соевых белков. Белковые концентраты существенно улучшают реологические свойства пищевых продуктов, и прежде всего их консистенцию, одновременно выполняя роль стабилизаторов, желе- и студнеобразователей, улучшая внешний вид готовой продукции [6]. Высокие функциональные свойства животных белков проявляются в их водоудерживающей способности.

Белковые концентраты способны образовывать прочный гель и тем самым фиксировать структуру готовой продукции без специальной термической обработки при концентрации денатурированного белка от 5 и выше процентов в смеси «белок-вода». Хорошие гели для нужд колбасного производства можно получить при гидратации, например, 1 части белка с 15 частями воды комнатной температуры [6, 7, 8].

При создании функциональных матриц, в данной работе было отдано предпочтение белковым концентратам СКАНПРО и PROMIL C95.

Белковые вещества (в т.ч. пептоны, входящие в состав «Сканпро») добавленные в пищевые продукты увеличивают содержание и баланс аминокислот в них. А входящие в состав животных белков радикалы отдельных аминокислот образуют с йод-катионами йодида калия прочные связи, не разрушающиеся при тепловой обработке мясных продуктов. Такими же свойствами обладают ионы йода минеральной воды «Йодис - концентрат» при соединении их с кислородом. Приведенные данные подтверждают целесообразность применения этих добавок в качестве носителей йода.

Однако для выбора предпочтительного варианта ЙД, применяемых при производстве мясных рубленых полуфабрикатов, потребовалось разработать специальную методологию, базирующуюся на квалиметрическом подходе и сравнительной оценке их качества.

С этой целью для анализа ЙД применили системный подход (рисунок 1).

Анализ рисунка 1 показывает, что система «Йодсодержащие добавки» разделяется на 5 уровней по следующим признакам:

5 уровень

4 уровень

3 уровень

2 уровень

1 уровень

Рисунок 1. Структурная схема системы «Йодсодержащие добавки»

• - происхождению добавок: натуральные и синтетические;

• -    природе носителя: органический и неорганический;

• -    виду матриксов, используемых в качестве носителей: гидратированные коллагеновые белки; белковые концентраты.

Рассмотрим более подробно уровни, по которым происходит декомпозиция системы «Йодсодержащие добавки».

На четвертом уровне происходит деление добавок по происхождению на натуральные и синтетические.

Натуральной добавкой является Йодис – концентрат - минеральная артезианская вода, содержащая – 20 мкг/дм³ йода. Ее введение в мясные продукты, в том числе и рубленые полуфабрикаты, повышает в них только содержание йода, но не изменяет питательной ценности готовой продукции. К числу натуральных добавок можно отнести и морскую соль, в которой содержание йода составляет 65,95 мкг/кг, но данная добавка не входила в сферу наших исследований.

Добавки, получаемые путем йодирования различных продуктов, условно назовем – синтетические, хотя по природе они являются, как органическими, так и не органическими. Для характеристики этих добавок необходимо спуститься на третий уровень.

К неорганическим носителям йода относится поваренная соль, йодирование которой в нашей стране проводят йодатом калия. Данный прием используют во всех странах мира.

Для характеристики носителей органической природы нам необходимо провести еще одну декомпозицию и перейти на второй уровень.

На 2 уровне представлены две группы органических носителей/матриксов йода: гидратированные белки на коллагеновой основе и белковые концентраты.

Видовой (элементный) состав этих групп, анализируемых в данной работе представлен на самом нижнем 1-ее уровне.

Для обеспечения системности внутри каждого уровня и в масштабе всей системы ЙД необходимо, чтобы соблюдались правила непротиворечивости:

• 1)    все члены классификаций должны исключать друг друга, т.е не повторяться;

• 2)    в каждом случае классификация разных объектов строится по совпадающим основаниям.

Применение такого способа структурирования позволяет выявить и объяснить противоречия, слабые места системы «Йодсодержащие добавки», выяснить, что необходимо делать безотлагательно, а что требует оптимизации в более поздние сроки, предвидеть, как может и должна развиваться система в будущем.

В результате оценка элементов, расположенных в структурной схеме на более высоком уровне, будет осуществляться с учетом характеристик элементов, находящихся на более низком уровне. Такая конструкция позволяет обобщить требования всех уровней, существенно обогащая и конкретизируя их от уровня к уровню, а при противоречивости требований оптимизировать и устранить все противоречия.

Для того чтобы система заработала, рассмотрим требования, предъявляемые к ней. Их можно разделить на внешние – требования потребителей, предъявляемые к мясным продуктам, содержащим ЙД и внутрен- ние: технологические и производственные, возникающие при производстве мясных продуктов в которых используются ЙД. Классификация требований (показателей), предъявляемых к ЙД, представлена в таблице 1.

Опираясь на данную классификацию, построена общая схема принятия решений (рисунок 2) и выполнен анализ ЙД, различной природы – на основе белков на колагенновой основе, белковых – концентратов и минеральной воды «Йодис-концентрат.

Т а б л и ц а 1

Классификация показателей ЙД

№группы	Наименование групп	Наименование подгрупп	Наименование единичных показателей
1	Технологические	Основные	Степень связывания йода
			Скорость связывания йода
			Уровень тепловых потерь йода
			Функциональная эффективность ЙД
		Дополнительные	Коэффициент влагосвязывающей способности (ВСС)
			тоже, влаговыделяющей способности (ВВС)
			тоже, ВУС (влагоудерживающей способность)
			Тоже, ЭС (эмульгирующей способности)
			То же, СЭ (стабильности эмульсии)
2	Потребительские	Органолептические	Вкус
			Цвет
			Запах
			Аромат
			Консистенция
		Санитарногигиенические	Тяжелые металлы
			Пестициды
			Антибиотики
			Диоксины
			n ……
		Хранимоспособности	Сохранение свойств
			Удобство хранения
			m ……
		Качество НТД	Качество стандарта
			Качество инструкций
		Пищевая и энергетическая ценность	Пищевая ценность
			Энергетическая ценность
			Биологическая ценность
		k-тый показатель	…..

Для построения комплексного критерия оценки качества ЙД предложена процедура формализации, основанная на поэтапной декомпозиции системы ЙД выделении и оценке ее единичных показателей (ЕПji), определении закономерностей их изменения в зависимости от дозы, продолжительности и температуры воздействия, а также функциональной эффективности. На первом этапе проводится оценка единичных показателей. При этом для сравнительной их оценки и расчета групповых показателей все они были приведены к единой размерности. Для этого введены безразмерные коэффициенты, адекватно описывающие анализируемые показатели.

В таблице 2 представлены значения групповых коэффициентов, характеризующих технологические свойства ЙД на основе животных белков и белковых концентратов, полученные путем определения средних значений единичных показателей в группе.

I

Степень связывания йода	------►	Р К Jсв. .=    1 , (1)	----►	где Р 1 –количество йода, связанного животными белками, мкг; Р – количество йода введенного с 1 г белка.
Скорость связывания йода	------►	К Jсв. .= Р 2 , (2) t	----►	где Р 2 –количество йода, связанного животными белками, %; t – продолжительность воздействия, ч.

Расчет единичных показателей

Потери йода при тепловой обработке

Функциональной эффективности

Вычисление групповых показателей

Сравнение и выбор ЙД с максимальными значениями

Расчет дополнительных показателей

Коэффициент влагосвязывающей способности

Коэффициент влагоудерживающей способности

Коэффициент эмульгирующей способности

Коэффициент стабильности эмульсии

Р К∆1 t=80 град С=    3 (3) Р к		где Р 3 - количество йода, связанного животными белками, спустя τ – часов тепловой обработки при t=800С Р к – количество йода, связанного животными белками в контрольном образце
Р К∆2 t=100 град С=    4  (4) Р к		где Р 4 - количество йода, связанного животными белками, спустя τ – часов тепловой обработки при t=1000С Р к – количество йода, связанного животными белками в контрольном образце
Р К ф.э . = — X 100 ,% (5) 150		где Р 1 (2) - количество йода, связанного животными белками, мкг 150 – суточная норма потребления йода человеком, мкг.
Суммирование единичных показателей для ЙД одного вида
Р К ВСС =   В к СС (6) РВСС		где Р ВСС – показатель всс в модельном фарше с 10% свиной шкуркой; р К ВСС – значени е этого показателя в контрольном образце.

J

ВУС где Р ВУС – показатель всс в модельном фарше с 10% свиной шкуркой; р КВУС– значение этого показателя в контрольном образце.

Р

К ВУС ^J=

Р

К

ВУС

Р

К ЭС =   ^Э _к ^С (8)

Р _ЭС

Р ^J

К СЭ ^J=   ^С _К ^Э (8)

РСЭ

Оптимизация и моделирование группового показателя матрикса

где Р ^J ЭС – показатель ЭС в модельном фарше с 10% йодированном матриксе; Р ^К ЭС – значение этого показателя в контрольном образце

где Р ^J СЭ – показатель СЭ в модельном фарше с 10% йодированном матриксе; Р ^К СЭ – значение этого показателя в контрольном образце.

Рисунок 2. Общая схема принятия решений

тюг ‘T»>G ‘ДСИ^Я^ншээф

Т а б л и ц а 2

Оценочные групповые коэффициенты, характеризующие технологические свойства ЙД на основе животных белков и белковых – концентратов

Номер образца	Расчетные коэффициенты, характеризующие ТС животных белков
	св. шкурка	керопептид	коллаген	СКАНПРО марок			PROMIL
				1015/SF	730/SF	T95	C95
Коэфф. св. йода К Jсв.	5,80	5,20	5,60	5,99	5,96	6,18	6,80
Коэфф. скорости связ. йода K ср	6,78	6,72	6,87	6,73	6,70	6,90	6,83
Коэфф. тепловых потерь йода К t=80 град С	9,45	9,38	9,48	9,60	9,70	9,60	9,40
Коэфф. тепловых потерь йода К t=100 град С	9,20	9,10	9,20	9,30	9,30	9,20	9,00
∑	31,23	30,4	31,15	31,62	31,66	31,88	32,03
К ТСср.	7,8	7,6	7,78	7,90	7,92	7,97	8,00

Как видно из таблицы 2, самые высокие показатели, характеризующие технологические свойства ЙД, зафиксированы у белкового концентрата PROMIL С95, однако разница между значениями групповых коэффициентов не столь значительная, поэтому далее был сделан расчет дополнительных показателей, характеризующих основные ФТС мясных фаршевых систем (таблица 3).

Т а б л и ц а 3

Матрица, расчетных единичных и групповых показателей, характеризующих основные ФТС мясных фаршевых систем

Наименование коэффициентов	Значения коэффициентов в зависимости от показателя ФТС
	ВСС	ВВС	ВУС	ЭС	СЭ	Суммарное значение коэффициента	Среднее значение коэффициента
К – коэффициент для фарша с 10% йодированной св. шкуркой	1,24	0,45	1,5	1,52	1,19	5,9	1,18
КJ- коэффициент для фарша с йодированным белковым концентратом PROMIL C95	1,31	0,608	1,66	1,82	1,22	6,62	1,32

Как видно из таблицы 3, белок PROMIL C95 обладает более высокими показателями функциональной эффективности, т.е. лучше увеличивает значения ФТС мясных фаршевых систем.

Таким образом, в ходе выполненного ква-лиметрической оценки органических носите- лей/матриксов было установлено, что лучшими технологическими показателями и функциональной эффективностью обладает белковый концентрат PROMIL С95, что позволило рекомендовать его для разработки новых йодированных котлет функционального назначения.