Применение растительных компонентов, улучшающих структуру, вкус и пищевые качества мясных продуктов

В пищевой промышленности широко применяются различные физические процессы, среди которых важнейшим является измельчение. Уменьшение размера частиц продукта увеличивает площадь контактирующих поверхностей, что ускоряет биохимические и диффузионные процессы. Это особенно важно при переработке сырья животного и растительного происхождения [1, 2]. Данная технология активно используется в производстве муки, сахара, пива и других продуктов. Кроме того, растительные компоненты играют важную роль в создании геродиетических продуктов с повышенной биологической ценностью [3, 4].

При разработке таких продуктов особое внимание уделяется подбору ингредиентов. Компьютерное моделирование позволило определить оптимальные виды сырья с точки зрения аминокислотного состава. Среди крупяных культур наиболее подходящими оказались кукурузная крупа, овсяное толокно, пшено, гречиха, рис и геркулес, а среди овощей – морковь и капуста [5, 6]. Для корректировки аминокислотного профиля (снижения лизина и триптофана при увеличении доли метионина и цистина) были успешно протестированы несколько рецептурных композиций.

Композиция № 1: говядина 1 сорта, мясо голов, сухой костный бульон, гречиха, красная морковь;

Композиция № 2: говядина 1 сорта, мясная обрезь, геркулес, кукурузная крупа, сухой костный бульон.

Несмотря на положительный опыт производства комбинированных мясо-растительных продуктов, в российской мясной отрасли по-прежнему недостаточно используются нетрадиционные источники белка. Их применение остается ограниченным как в объемах переработки, так и в ассортименте выпускаемой продукции [7].

Кроме того, существующие технологии накладывают ограничения на количество добавляемых белковых компонентов. Их избыток может ухудшать органолептические свойства продукта – вкус, аромат, цвет и запах. Еще одной проблемой является зависимость от импортных соевых белков поскольку в России эта культура не отличается высокой урожайностью и выходом белка [8, 9].

Цель исследования – создание технологии производства мясных продуктов с включением измельченной чечевицы.

Материалы и методы

Для проведения исследований использовали мясной фарш, приготовленный из говядины и свинины с применением разных способов измельчения и различного содержания чечевичной муки. Эксперимент проводили по двухфакторному плану (симметричная композиционная схема типа Вf).

В ходе работы оценивали физические и физико-химические характеристики измельченной чечевицы; химический состав чечевицы и комбинированных пищевых систем (модельных фаршей); свойства рецептурных композиций для производства рубленых мясных полуфабрикатов согласно общепринятым методикам.

Результаты

При разработке методов переработки сырья ключевую роль играет оценка функциональнотехнических характеристик муки, в частности её адгезионных свойств. Липкость, как один из ключевых параметров, отражает способность продукта к адгезии с контактными поверхностями и имеет решающее значение для формирования однородной плотной структуры без дефектов.

Экспериментальные данные показали, что максимальные показатели липкости чечевичной муки наблюдаются при минимальном количестве воды (рисунок 1). Однако при соотношении вода: мука менее 0,5:1 формирование однородной массы становится невозможным – часть муки остаётся не гидратированной.

Практические испытания продемонстрировали целесообразность использования гидратации в пропорциях 1:0,75 и 1:1, несмотря на некоторое снижение адгезионных свойств по сравнению с минимальным увлажнением. Такие соотношения обеспечивают технологическую эффективность процесса. Особенно важно учитывать, что в промышленных условиях мука обычно вводится либо в сухом виде, либо в виде концентрированной суспензии.

Следует отметить, что липкость гидратированной чечевичной муки в 3–5 раз превышает аналогичный показатель мясного фарша. Это свойство оказывает положительное влияние на технологический процесс, способствуя улучшению адгезионных характеристик конечного продукта при производстве полуфабрикатов.

Рисунок 1. Липкость муки в зависимости от разведения: 1 – кривая для нашелушённой муки; 2-кривая для шелушенной муки.

Figure 1. Flour adhesiveness as a function of hydration ratio: 1 – curve for non-dehulled flour; 2 – curve for dehulled flour.

Экспериментальные данные показали, что адгезионные свойства гидратированной чечевичной муки в 3–5 раз выше, чем у мясных фаршей. Это приводит к улучшению клеящей способности комбинированных фаршевых систем, что существенно повышает качество производимых полуфабрикатов.

Особое значение в формировании структуры и консистенции готовой продукции имеют два ключевых параметра:

Эмульгирующая способность (ЭС) – показатель, характеризующий способность системы равномерно распределять и удерживать жировые частицы [10.]

Стабильность эмульсии (СЭ) – параметр, отражающий устойчивость системы к выделению жира при термической обработке [11.]

Методика определения ЭС включала приготовление эмульсии из равных объемов подсолнечного масла и воды с добавлением навески чечевичной муки с последующим центрифугированием. Для обеспечения достоверности результатов использовали идентичное мясное сырьё, что подтверждается одинаковыми начальными точками на графиках.

Чечевичная мука продемонстрировала исключительно высокую эмульгирующую способность – 96,4%. Полученные данные по ЭС и СЭ представлены на рисунках 2 и 3 соответственно.

Рисунок 2. Изменение эмульгирующей способности модельных фаршей в зависимости от массовой доли добавляемой измельченной чечевицы: 1 – 7%, 2 – 11%, 3 – контроль, 4 – 5%, 5 – 3%

Figure 2. Emulsifying capacity of model mince systems vs. mass fraction of ground lentils: 1 – 7%, 2 – 11%, 3 – control, 4 – 5%, 5 – 3%

Проведенные исследования показали, что введение 7% измельченной чечевицы в мясной фарш способствует значительному повышению эмульгирующей способности (ЭС) и стабильности эмульсии (СЭ). Этот эффект объясняется синергетическим взаимодействием растительных белков чечевицы с мышечными белками, что обеспечивает образование устойчивых мясных эмульсий. Полученные данные свидетельствуют, что применение чечевичной муки в указанной пропорции практически исключает риск образования бульонно-жировых отеков в готовой продукции.

Рисунок 3. Изменение стабильности эмульсии модельных фаршей в зависимости от массовой доли добавляемой измельченной чечевицы: 1 – 7%, 2 – 11%, 3 – контроль, 4 – 5%, 5 – 3%

Figure 3. Effect of ground lentil content on the Emulsion stability dynamics in model meat batters: 1 – 7%, 2 – 11%, 3 – control, 4 – 5%, 5 – 3%

Работа была направлена на разработку технологии производства мясных продуктов с частичной заменой мясного сырья измельченной чечевицей. Исследования проводились на модельных фаршевых системах, соответствующих рецептуре рубленых полуфабрикатов.

Следует отметить, что ключевым аспектом производства рубленых полуфабрикатов является степень измельчения – критически важный параметр, непосредственно влияющий на качественные характеристики готового продукта. При этом использование растительных протеинов способно повышать пищевую ценность изделий; улучшать экономическую эффективность производства и позволяет оптимизировать себестоимость продукции [12]. В свою очередь органолептические свойства являются определяющим фактором потребительского выбора, требуют особого внимания при модификации рецептур и должны сохраняться или улучшаться при введении новых компонентов. Внедрение растительных ингредиентов требует тщательного подбора их концентрации и технологии введения, чтобы обеспечить баланс между пищевой ценностью, экономической эффективностью и потребительскими характеристиками продукта.

Исследование направлено на подбор оптимального содержания чечевицы в мясном фарше и степени его измельчения для котлет. Фарш готовили из смеси говядины (70%) и свинины (30%), измельчая тремя способами: крупный помол (2,5 мм) – однократное прокручивание через мясорубку с решеткой 5 мм; средний (1,5 мм) – двойное прокручивание; мелкий (0,5 мм) – обработка в универсальной машине с двумя ножами и тремя решетками. В готовые фарши добавляли 3%, 7% или 11% чечевичной муки вместо части говядины высшего сорта. Все образцы котлет обжаривали в одинаковых условиях и оценивали экспертами по 10-балльной шкале.

Исследование проводилось по двухфакторному плану Вf с варьированием степени измельчения (средний размер частиц 1,5 ± 1,0 мм)

и содержания чечевицы (3–7–11%). Экспериментальные данные представлены в таблицах 1 и 2.

При обработке результатов эксперимента уравнение поверхности отклика задавалось в виде:

y = в₀ + вх + в₂х₂ + вхх_г + вх 2 + вх 2 (1)

Таблица 1.

Значения факторов в натуральных и кодированных величинах

Table 1.

Factor levels in natural and coded forms

Фактор | Factor	Верхний уровень | Upper level		Нулевой уровень | Zero level		Нижний уровень | Lower level
	натур. | natural	кодир. | coded	натур. | natural	кодир. | coded	натур. | natural	кодир. | coded
Х 1 – ср. размер частиц фарша | X₁ – average particle size of mince	2,5 мм	+1	1,5 мм	0	0,5 мм	-1
Х 2 – содержан. чечевицы в фарше | X₂ – lentil content in mince	11%	+1	7%	0	3%	-1

Таблица 2.

План и результаты эксперимента

Table 2.

Design and results of the experiment

Значения факторов | Factor Levels		Значения экспертных оценок Y | Expert evaluation scores Y
Х 1	Х 2	1	2	3	4	5	среднее | mean	расчетн. | calculated
+1	+1	7	9	8	8	7	7,8	7,8
-1	+1	4	4	5	3	5	4,2	4,0
+1	-1	8	9	7	6	9	7,8	7,8
-1	-1	3	5	4	3	4	3,8	4,0
+1	0	9	10	10	9	10	9,6	9,6
-1	0	4	7	7	6	5	5,8	5,8
0	+1	6	8	6	7	8	7,0	6,7
0	-1	5	7	7	7	6	6,4	6,7

График полученных результатов приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Результаты исследований

Figure 4. Research results

Коэффициенты В 2 и В 3 оказались не значимыми, адекватное уравнение поверхности отклика в кодированной форме имеет вид [4, 5]:

Y = 8,5 + 1,9 Х 1 – 0,8 Х 1 ² – 1,8 Х 2 ²    (2)

В раскодированном виде уравнение поверхности отклика имеет вид:

Y = 1,9542 + 4,3 X + 1,6166 Х ₂ - 0,8 X ² - 0,1125 Х ₂² (3)

Для определения оптимальных значений факторов по уравнению (3) возьмем частные производные по ним и приравняем их к нулю dY/dX, = 4,3 - 2 х 0,8 Х = 0, dY/dX2 = 1,6166 - 2 х 0,1125 х Х2= 0.

Расчеты показали оптимальные параметры: размер частиц фарша 4,3 / (2 × 0,8) = 2,69 мм и содержание чечевицы 1,6166 / (2 × 0,1125) = 7,18%. Поскольку 2,69 мм превышает экспериментальный диапазон, принято крупное измельчение при однократном прокручивании. (Х 1 = 2,5 мм содержание чечевицы 7,18% (Х 3 ) находится в допустимых пределах (от 3 до 11%). При этих параметрах экспертная оценка, исходя из уравнения (3), составила 9,6 балла из 10.

Y = 1,9542 + 4,3 х 2,5 + 1,6166 х 7,18 -

^{,               ,        ,        ,              ,}           (5)

- 0,8 х 2,5 ² - 0,1125 х 7,18 2 = 9,60

Это значение на 0,03 балла ниже теоретического максимума. Полученные результаты обеспечивают практически максимальное качество продукта.

Исследования показали, что наилучшие вкусовые качества демонстрируют котлеты, приготовленные из крупноизмельченного фарша (однократное прокручивание через решётку 5 мм) с добавлением 7,2% чечевичной муки. Дегустация охлаждённых котлет «Уфимские» подтвердила, что новый продукт по всем органолептическим характеристикам соответствует традиционному аналогу, а введение чечевицы даже улучшает вкусовые свойства готовых изделий (данные в таблице 3).

Таблица 3.

Органолептическая оценка мясных изделий

Table 3.

Sensory evaluation

Показатель | Indicator	Котлеты «Московские» (контроль) | "Moskovskie" cutlets (control)	Котлеты «Уфимские» (опыт) | "Ufimskie" cutlets (experimental)
Внешний вид | Appearance	9,4	9,4
Вид и цвет на разрезе | Color and Appearance on Cross-Section	9,2	9,5
Запах | Aroma	9,6	9,6
Вкус | Flavor	9,6	9,7
Консистенция | Consistency	9,8	9,5
Сочность | Juiciness	9,6	9,2
Общая оценка | Overall Score	9,1	9,6

Исследовали оптимальную степень гидратации чечевичной муки, варьируя соотношение от 1:1 до 1:4. Мясной фарш представляет собой сложную полидисперсную систему, где воднобелковая матрица (образованная экстрагированными белками, солевыми растворами и водой) служит средой для распределения частиц жира и тканей. Ключевое требование при производстве – поддержание дисперсного состояния компонентов с прочной связью между водой и жиром, что определяет качество и выход продукции. Стабильность этих связей в процессе приготовления фарша критически важна для конечных характеристик полуфабрикатов [4].

Влагосвязывающая способность (ВСС) – ключевой показатель качества мясного фарша для полуфабрикатов. Она характеризует способность удерживать воду и жир в связанном состоянии, предотвращая их потерю при термической обработке и образование бульонно-жировых отеков (рисунок 5).

Рисунок 5. Влияние массовой доли гидратированной измельченной чечевицы на ВСС модельных фаршей при гидратации: 1 – 1:3; 2 – 1:2; 3 – 1:1; 4 – контроль без чечевицы; 5 – 1:4

Figure 5. Effect of the mass fraction of hydrated ground lentils on the WBC of model mince systems at different hydration ratios: 1 – 1:3; 2 – 1:2; 3 – 1:1; 4 – control (without lentils); 5 – 1:4

Влагоудерживающая (ВУС) и жироудерживающая (ЖУС) способности отражают количество связанных влаги и жира в фарше после нагрева. ЖУС рассчитывается как разница между исходным содержанием жира и его потерями при тепловой обработке. Высокое содержание белка в чечевичной муке делает ее перспективным ингредиентом для улучшения функционально-технологических свойств фарша при частичной замене мясного сырья. Результаты исследований влияния гидратированной чечевичной муки на свойства модельных фаршей представлены на рисунках 6 и 7.

Время, ч

Рисунок 6. Влияние массовой доли гидратированной измельченной чечевицы на влагоудерживающую способность модельных фаршей при гидратации: 1 – 1:3; 2 – 1:2; 3 – 1:1; 4 – контроль без чечевицы; 5 – 1:4

Figure 6. Effect of the mass fraction of hydrated ground lentils on the WHC of model minced systems at various hydration ratios: 1 – 1:3; 2 – 1:2; 3 – 1:1; 4 – control

Рисунок 7. Влияние массовой доли гидратированной измельченной чечевицы на жироудерживающую способность модельных фаршей при гидратации: 1 – 1:3; 2 – 1:2; 3 – 1:1; 4 – контроль без чечевицы; 5 – 1:4

Figure 7. Effect of the mass fraction of hydrated ground lentils on the FBC of model mince systems at different hydration ratios: 1 – 1:3; 2 – 1:2; 3 – 1:1; 4 – control (without lentils); 5 – 1:4.

Добавление гидратированной чечевицы (1:1-1:3) в мясной фарш вместо 7% мясного сырья повышает жироудерживающую способность (ЖУС), при этом максимальные значения ВУС, ВСС и ЖУС достигаются в одинаковых условиях. Это объясняется способностью свободных чечевичных белков стабилизировать мясные эмульсии - они образуют прочные термостабильные мембраны вокруг жировых глобул, предотвращая их слипание и улучшая структуру фарша. Однако увеличение доли чечевицы свыше 7% может придавать продукту специфический привкус, что ограничивает её применение. Оптимальное соотношение 1:3 демонстрирует наилучший баланс между улучшением функционально-технологических свойств и сохранением органолептических характеристик.

Обсуждение

Результаты настоящего исследования демонстрируют значительный потенциал чечевичной муки в качестве функционального ингредиента для модификации рецептуры рубленых мясных полуфабрикатов. Полученные данные о ключевых функционально-технологических свойствах находятся в соответствии с известными из литературы характеристиками растительных белков, в частности бобовых культур. Выявленная высокая адгезионная способность гидратированной чечевичной муки, превосходящая аналогичный показатель мясного фарша в 3–5 раз, является одним из ключевых факторов, обуславливающих улучшение структуры комбинированных фаршевых систем. Это свойство можно объяснить наличием в чечевице водорастворимых полисахаридов и белков, способных к интенсивному набуханию и образованию вязких гелей, что согласуется с данными о функциональных свойствах муки из других бобовых (например, гороха и нута). Высокая эмульгирующая способность (96.4%), продемонстрированная чечевичной мукой, также типична для белков бобовых, которые, благодаря своей амфотерной природе, эффективно стабилизируют границу раздела фаз масло - вода. Синергетическое взаимодействие этих растительных белков с мышечными белками мяса обеспечивает образование более прочных и термостабильных эмульсий, что наглядно подтверждается ростом стабильности эмульсии (СЭ) в модельных системах с добавлением 7% чечевицы. Оптимизационный эксперимент, основанный на методологии двухфакторного планирования, позволил объективно установить оптимальные параметры производства. Найденная оптимальная степень измельчения фарша (~2.5 мм) соответствует принципам формирования сочной и нежной консистенции в рубленых изделиях, когда более крупные частицы мышечной ткани лучше удерживают влагу и жир. Установленный оптимальный уровень замещения мясного сырья на 7,2% чечевичной муки является важным практическим результатом. Данная дозировка находится в диапазоне, характерном для многих исследований по обогащению мясных продуктов растительными белками (5-10%), что позволяет значительно улучшить нутриентный профиль, избегая при этом негативного влияния на органолептические свойства. При таком содержании не отмечалось появления нежелательного специфического «бобового» привкуса, а опытные образцы котлет «мяснарские» получили экспертные оценки, сопоставимые или превышающие оценки контрольного образца. Результаты исследования ВСС, ВУС и ЖУС способностей полностью подтверждают технологическую целесообразность проведенной модификации рецептуры. Наблюдаемый максимум этих показателей при добавлении 7% чечевицы и степени гидратации 1:3 логично объясняется оптимальным сочетанием гидратированных белков и полисахаридов, создающих плотную трехмерную матрицу, эффективно иммобилизующую воду и жир. Это согласуется с общепринятыми представлениями о механизме действия растительных гидроколлоидов в мясных системах. Улучшение данных показателей напрямую коррелирует с повышением выхода готовой продукции и улучшением её текстуры, что имеет существенное экономическое значение.

Заключение

На основании проведенных исследований сделан вывод о высокой эффективности применения гидратированной чечевичной муки в качестве функциональной добавки для производства рубленых мясных полуфабрикатов. Достигнута основная цель работы - разработана и научно обоснована технология производства котлет с частичной заменой мясного сырья, при которой не только сохраняются но и улучшаются ключевые потребительские свойства продукта. Научная новизна исследования заключается в комплексном подходе, позволившем установить и объяснить синергетический эффект от взаимодействия чечевичных и мышечных белков, что определило оптимальную дозировку добавки в 7% и способ ее введения. Практическая ценность результатов состоит в предложении готового к внедрению решения, направленного на повышение пищевой ценности и технологических характеристик фарша, что позволяет расширить ассортимент мясных полуфабрикатов с улучшенными функциональными свойствами. В ходе работы были выявлены ограничения, связанные с появлением специфического привкуса при превышении доли муки свыше 7–11%, а также высокая зависимость функциональных свойств от точности соблюдения степени гидратации, требующая строгого производственного контроля. Основные выводы подтверждают, что чечевичная мука существенно улучшает адгезионные, эмульгирующие и влагосвязывающие свойства фаршевых систем, а установленные параметры обеспечивают максимальное качество готового изделия, делая предложенную рецептурную модификацию технологически и экономически обоснованной. Для промышленного внедрения рекомендуется организация выпуска опытных партий котлет по уточненной рецептуре. Дальнейшие исследования целесообразно сосредоточить на изучении стабильности свойств модифицированных фаршей при хранении, адаптации технологии для других видов полуфабрикатов и исследовании комбинированного действия чечевичной муки с другими растительными компонентами для создания продуктов специализированного назначения.