Обоснование биотехнологических подходов к созданию и использованию биокомпозитов на основе растительного и животного сырья

Одной из основных проблем человечества на современном уровне его развития остается дефицит белка в пищевых рационах [4, 6, 15]. При этом растительный белок, содержащийся в зерновых культурах, не является полноценным с точки зрения наличия в нем эссенциальных (незаменимых) аминокислот [14]. В то же время рафинация исходного растительного сырья, получившая широкое распространение в пищевой технологии, только усугубляет положение, обедняя его состав по содержанию биологически активных веществ [5, 14]. В этой связи актуальное значение приобретает использование принципа взаимного обогаще- ния различных белков, комплементарных друг другу по содержанию лимитирующих аминокислот, а также сочетающихся с белковыми комплексами биологически активных веществ [13]. Последние, при корректно подобранном сочетании и соотношении позволяют готовым пищевым продуктам приобретать и проявлять физиологически функциональные свойства. В данном аспекте существующих проблем актуальное значение имеет выявление необходимости, возможности и целесообразности использования отходовых фракций от переработки семян сои на термообработанную необезжиренную муку в виде биологически активных добавок (БАД) - нут- рицевтиков. Как показывают ранее проведенные исследования [3], количество отходовых фракций при производстве данного вида муки составляет 15-20 %, в составе которых содержатся семенная оболочка, зародышевый компонент, а также дробленные семядоли. С использованием соответствующих способов биотехнологической трансформации данного вторичного сырья были получены соевые семядо-лево-оболочковый и семядолево-зародышевый композиты [8]. Данные композиты были успешно использованы при получении мучных изделий повышенной биологической ценности [9-12]. Однако на сегодняшний день открытым остается вопрос по установлению возможности использования БАД данного вида в мясных, субпродуктовых и других системах, обеспечивающих функциональную направленность готовым продуктам. Поэтому исследования, направленные на решение данного вопроса, являются актуальными.

Целью настоящего исследования являлась разработка биотехнологических подходов к созданию соево-мясных и соево-печеночных композитов функциональной направленности.

Задачи исследования : обосновать массовую долю БАД в мясной и печеночной композициях; изучить структурно-механические и технологические характеристики влажных бинарных композиций с установлением в полученных композитах биологически активных веществ в виде витаминов Е и А, а также в-каротина.

Условия, материалы и методы

Объектами исследований являлись семена сои амурской селекции (ГОСТ 17109-88), мясо говядина замороженное (ГОСТ 4814-57), печень говяжья замороженная (ГОСТ 1934273). Биохимический состав семядолево-зародышевой соевой БАД определяли с помощью инфракрасного сканера «FOSS NIRSystem 5000» методом спектроскопии в ближней инфракрасной области. Исследование образцов соево-мясной и соевопеченочной композиций и оценку результатов проводили с применением следующих методов: определение массовой доли белка - методом измерения массовой доли общего азота по Кьельдалю по ГОСТ 26889-86; жира - методом настаивания с растворителем (ГОСТ 29033-91); массовой доли витамина А и Е - с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ГОСТ Р 54635-2011, ГОСТ Р 54635-2011); определение содержания в- каротина - спектрофотометрическим методом. Органолептический анализ влажных соево-мясных и соево-печеночных композиций проводился в соответствии с 5-балльной шкалой оценки показателей качества (внешний вид, степень измельчения, консистенция, цвет, запах) по ГОСТ 55365-2012. Реологические показатели влажных соево-мясной и соево-печеночной композиций определяли с применением общепринятых методов (Антипова 2001, Горбатов 1979) [1, 2]. Определение энергетической ценности проводили с помощью коэффициентов энергетической ценности макронутриентов (Нечаев и др., 2003) [7].

Примечание. Бинарные композиты - это пищевые системы, состоящие из двух компонентов, взаимно дополняющих друг друга по незаменимым аминокислотам и биологически активным веществам, имеющие специфические структурно-механические характеристики.

Результаты и обсуждение

На первом этапе исследований получали бинарные соево-мясную и соево-печеночную композиции в гранулированном виде, на основе которых имеется возможность и целесообразность трансформации гранулята в крупяную, порошкообразную и мучную формы. С этой целью готовились фарши из мясного (говядина) и печеночного (говяжья печень) сырья. Готовые фарши в определенном соотношении смешивались с семядолево-заро-дышевой соевой БАД. Целесообразность получения и создания композиций данного состава обусловлена тем, что использование мясного и печеночного сырья в композициях с данной БАД обеспечивает наличие в них витаминного комплекса Е плюс А. Получение данных пищевых систем в виде концентратов, имеющих гранулированную, порошкообразную и мучную формы, осуществлялось в опытах по следующей технологической схеме: подготовка мясного сырья (печени) → измельчение → куттерование с одновременным смешиванием с БАД → формование гранул → сушка → дезинтеграция (порошок, крупка, мука).

На предварительном этапе исследований были проведены опыты по обоснованию рационального соотношения компонентов в бинарных композициях. Получали соевомясную и соево-печеночную композиции, смешивая мясной фарш с соевой БАД и печеночный фарш с соевой БАД в соотношениях 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70 и

20:80, соответственно. Опыты проводились с органолептической оценкой полученных образцов по пятибалльной шкале, при суммарном максимуме 25 баллов. Результаты исследований приведены в табл. 1 и на рисунке.

Как следует из данных табл. 1 и графика, рациональное значение массовой доли в принятых бинарных композициях находится в диапазоне значений Мд → 50 %. Образцы соево-мясной и соево-печеночной композиций с соотношением компонентов 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 и 50:50 имели хорошо выраженный запах, привлекательный внешний вид и цвет. У образцов при соотношении компонентов 40:60, 30:70 и 20:80 наблюдалось значительное ухудшение качества композиций и снижение общей органолептической оценки до 3,2 баллов. Такие образцы имели крошли-вую консистенцию, не выраженные вкус и аромат.

При получении фаршевых бинарных композиций, в зависимости от принятых соотношений используемых компонентов, наряду с определением их органолептических показателей, устанавливались реологические характеристики по методикам, изложенным в научных работах Горбатова А.В., Мачихина С.А., Антиповой Л.В. и других. В качестве структурно-механических и технологических характеристик влажных бинарных композиций приняты: предельное напряжение сдвига – (ПНС, Па), пластическая вязкость – (ПВ,

Таблица 1

Органолептическая оценка соево-мясной и соево-печеночной композиций в баллах

Соотношение компонентов – мясной (печеночный) фарш : соевая БАД	Общее количество баллов
	соево-мясная композиция	соеово-печеночная композиция
90:10	23,2	22,0
80:20	23,2	22,1
70:30	23,3	22,0
60:40	23,2	22,0
50:50	23,2	22,0
40:60	22,1	21,0
30:70	21,1	20,0
20:80	20,0	19,0

VO    12,5

6,25

10    20    30    40    50    60    70    80    90    100

Мд, %

^^^^^^^^м соево-мясная композиция     ^^^^^^^^™ соево-печеночная композиция

Зависимость органолептической оценки бинарных композиций от массовой доли соевой БАД

18,75

Па·с), липкость – (Л, ξ·103 Па), а также влагосвязывающая способность – (ВСС, %).

В табл. 2 приведены результаты по определению реологических показателей влажных соево-мясной и соево-печеночной композиций при соотношении БАД: композит – 1:1.

Для влажной соево-мясной бинарной композиции (СМБК) установлено, что:

ВСС = 94,541 – 4,963–0,012 tк3,  (1)

откуда следует, что tк3 = 473,821 – 20,958·ln (94,134 – ВСС), (2) где tк3 – продолжительность куттерования мясного сырья и семядолево-зародышевой соевой БАД с одновременным смешиванием компонентов.

Для влажной соево-печеночной бинарной композиции (СПБК) установлено, что:

ВСС = 99,342 – 11,211–0,006 tк4,  (3)

при этом tк4 = 468,344 – 20,150·ln (99,124 – ВСС) , (4) где tк4 – продолжительность куттерования печеночного сырья и семядолево-зародышевой соевой БАД с одновременным смешиванием компонентов.

Расчеты, проведенные по данным зависимостям, показывают, что ВСС для указанных фаршевых бинарных композиций находится в пределах 94,0–95,5 %. При этом, продолжительность куттерования фаршей с одновременным перемешиванием компонентов находится в диапазоне 480–520 секунд.

Установлено, что расхождение между фактическими и расчетными данными не превышает ∆ = ± 5,0 %. Это подтверждает хорошую сходимость результатов, а также правильность подхода к выбору моделей для аппроксимации полученных зависимостей, которые имеют экспоненциальный характер изменения ВСС от tк.

Формирование фаршевых композиций на основе влажного фарша W = 60–65 % и соевого ЗСМК влажностью 5,5–6,5 % путем кутте-рования с одновременным интенсивным перемешиванием компонентов приводит к перераспределению влаги между ними, за счет диффузии молекул воды. В результате такого перехода происходит усреднение влаги в бинарных композициях до 35–40 %, что позволяет провести сушку гранул за существенно короткий срок (время сушки сокращается в два раза). При этом формование гранул при влажности W=35–40 % осуществляется более эффективно (сохраняется форма, отсутствует слипание между частицами и т. д.).

Таблица 2

Структурно-механические показатели влажных бинарных композиций с использованием соевой БАД

Влажная бинарная композиция	Показатели
	ПНС, Па при t к * = 5–8 мин				ПВ, Па·с при t к = 5–8 мин				Л, ξ·103 Па при t к = 5–8 мин
	5,0	6,0	7,0	8,0	5,0	6,0	7,0	8,0	5,0	6,0	7,0	8,0
Соево-мясная	350	430	480	370	5,60	4,85	5,1	5,4	6,4	8,9	11,8	14,1
Соево-печеночная	315	395	440	320	6,00	5,9	5,4	5,8	7,32	11,2	12,9	14,3

*– продолжительность куттерования.

Таблица 3

Химический состав гранулятов-концентратов

Наименование продукта (с СЗСМ)	Содержание						Энергетическая ценность, ккал/100 г
	основных веществ, %			Витаминов, мг/100 г
	белков N×6,25	жиров	углеводов	Е	А	β-каротина
Соево-мясной концентрат	58,0	10,5	21,6	11,3	–	–	412,9
Соевопеченочный концентрат	52,3	9,9	28,3	12,1	16,3	2,8	411,5

В табл. 3 приведены данные по биохимическому составу соево-мясного и соево-печеночного гранулятов-концентратов.

Анализ данных, приведенных в табл. 3 показывает, что разработанные концентраты богаты белком и витамином Е, а соево-печеночный концентрат имеет также в своем составе высокое содержание витамина А и β-каротина.

Полученные композиты в виде мучных компонентов использованы при создании пищевых концентратов-полуфабрикатов (ПКП) «Смесь для выпечки оладий» [11]. В табл. 4 приведена рецептура, разработанная на основе проведенных исследований. За контрольный образец принята рецептура пищеконцентратной смеси «Оладьи по-домашнему» ТУ 9195-002-00948532-2004.

Таблица 4

Рецептура пищевого концентрата «Смесь для выпечки оладий»

Компоненты	Содержание по вариантам
	№1	№2
Мука пшеничная хлебопекарная	78,83	77,78
Яичный порошок	1,15	1,6
Молоко сухое	3,0	3,6
Соево-мясной концентрат в виде муки	15,0	–
Соево-печеночный концентрат в виде муки	–	15,0
Имбирь	0,01	0,01
Куркума	0,01	0,01
Соль пищевая	1,5	1,5
Сода пищевая	0,3	0,3
Кислота лимонная	0,2	0,2
Итого	100,0	100,00

В рецептурах данных сухих смесей часть (15 %) основного компонента – пшеничной хлебопекарной муки заменена обогащающим концентратом. После получения опытных образцов оладий проведена их органолептическая оценка, которая показала высокое качество полученных изделий. Анализ показателей химического состава смеси для выпечки оладий, обогащенных соево-мясным и соевопеченочным концентратами, свидетельствует о повышении содержания белка с 10,0 г (контроль) до 18,1 и 17,2 г, жира с 2,2 г (контроль)

до 3,7 и 3,6 г и витамина Е с 1,4 мг (контроль) до 2,9 и 3,0 мг/100 г в разработках по вариантам № 1 и 2, соответственно. Содержание витамина А и β-каротина в образце, полученном по варианту № 2, не изменилось.

Заключение

Проведенными исследованиями установлена возможность и целесообразность использования БАД в виде соевой семядолево-зародышевой композиции в комбинации с мясным и печеночным сырьем. Установлена возможность и целесообразность использования данного вида БАД с массовой долей мясного и печеночного компонента до 50 %. Показано, что разработанные соево-мясной и соево-печеночный композиты содержат биологически активные вещества в виде витаминов Е и А, а также β-каротина в значимых количествах, что позволяет использовать их в производстве мучных и других видов изделий функциональной направленности. С учетом данного факта разработана рецептура инновационного продукта в виде ПКП мучных изделий «Смесь для выпечки оладий», биохимический состав которого значительно обогащен за счет введения соево-мясного и соевопеченочного концентратов.