Разработка биотехнологии натуральных фаршевых соево-мясных наполнителей с обоснованием их структурно-механических и биотехнологических характеристик
Автор: Доценко С.М., Скрипко О.В., Каленик Т.К., Медведева Е.В.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Технология переработки
Статья в выпуске: 1, 2014 года.
Бесплатный доступ
Разработана биотехнология белково-ликопинового коагулята для производства соево-мясных фаршевых наполнителей. Экспериментальным путем и с помощью математического моделирования обоснованы параметры технологического процесса, изучены химический состав и структурнореологические характеристики фаршевых соево-мясных наполнителей.
Соевая белковая дисперсная система, белково-ликопиновый коагулят, термокислотная коагуляция, мясо-растительная композиция
Короткий адрес: https://sciup.org/14083310
IDR: 14083310 | УДК: 663.853.52:664
Текст научной статьи Разработка биотехнологии натуральных фаршевых соево-мясных наполнителей с обоснованием их структурно-механических и биотехнологических характеристик
Значительное изменение структуры питания населения, снижение объемов производства основных видов пищевых продуктов, в том числе и мясных, вызвало необходимость замены части дефицитного сырья биологически ценными полифункциональными добавками.
В Америке и Европе разработаны технологии производства концентрированных соевых белков, которые активно применяются во многих отраслях пищевой промышленности как добавки, обогатители, улучши-тели, структурирующие компоненты. Они позволяют значительно расширить ассортимент мясных комбинированных изделий, в том числе и изделий для лечебно-профилактического питания.
Однако многие известные методы получения концентрированных соевых белков связаны либо со сложностью и многостадийностью технологического процесса производства, либо с применением реагентов, запрещенных к использованию в диетических и лечебно-профилактических продуктах.
Цель исследований . Разработка биотехнологии мясо-растительного фарша заданного состава и свойств.
Объекты и методы исследований . Соевая белковая дисперсная система, приготовленная из семян сои перспективного сорта «Лазурная», соответствующих ГОСТ 17109-88. «Соя. Требования при заготовках и поставках»; приготовленные с её использованием коагуляты; томатная паста 30 %-я по ГОСТ 3343-93; сыворотка молочная по ТУ 9229-110-04610209-02. Общий химический состав определялся стандартными методами, аминокислотный состав белков – с помощью инфракрасного сканера NIR-4250 (Россия), сумма каротиноидов – спектрофотометрическим методом, энергетическая ценность – с помощью коэффициентов Рубнера. Полученные экспериментальные данные обрабатывали методом математической статистики на ПЭВМ с пакетами прикладных программ «MicrosoftExcel», «Statistika 6.0».
Результаты исследований и их обсуждение . Было установлено, что соя и соевые продукты содержат практически все пищевые нутриенты, необходимые человеческому организму, а также такие натуральные компоненты, которые обеспечивают сохраняемость продуктов и защищают их от порчи в течение определенного времени. В таблице 1 приведен общий химический состав семян сои сорта «Лазурная».
Таблица 1
Общий химический состав и энергетическая ценность соевого сырья, % ( х ± m ; m < 0,05 )
|
Показатель |
Вода |
Белки |
Липиды |
Углеводы |
Минеральные вещества |
Энергетическая ценность, ккал/100 г |
|
Сорт сои «Лазурная» (перспективный) |
12,0 |
39,3 |
17,5 |
25,2 |
6,0 |
418,5 |
В таблице 2 приведен аминокислотный состав перспективного сорта сои «Лазурная» селекции ВНИИ сои.
Таблица 2
Содержание незаменимых аминокислот в семенах сои перспективного сорта «Лазурная» селекции ВНИИ сои
|
Незаменимые аминокислоты (НАК) |
Шкала ФАО/ВОЗ, г/100 г белка |
Сорт сои «Лазурная» |
||
|
А |
С |
А |
С |
|
|
Лизин |
5,5 |
100 |
7,1 |
129 |
|
Лейцин |
7,2 |
100 |
11,9 |
165 |
|
Изолейцин |
4,3 |
100 |
4,7 |
109 |
|
Валин |
4,4 |
100 |
7,2 |
163 |
|
Треонин |
3,3 |
100 |
3,8 |
115 |
|
Фенилаланин+тирозин |
7,9 |
100 |
8,3 |
105 |
|
Триптофан |
1,1 |
100 |
1,1 |
100 |
|
Метионин+цистин |
2,3 |
100 |
3,1 |
134 |
|
∑НАК |
36,0 |
100 |
47,2 |
131,1 |
Примечание. А – содержание аминокислоты мг/100 г; С – аминокислотный скор, %.
Таким образом, в качестве растительного сырья наиболее подходящим для создания мясорастительного фарша является соевое сырье, модифицированное таким способом, который позволял бы иметь белковый продукт с желательным (прогнозируемым) содержанием белков, жиров, углеводов, минеральных веществ, витаминов и других биологически активных веществ. При этом он должен иметь окраску по цвету, сочетающуюся с мясным сырьем.
В настоящее время при производстве структурированного соевого белка из соевой белковой основы (типа «тофу») коагуляцию белка в основном осуществляют с помощью хлористого кальция (СаCI 2 ), а также уксусной и других кислот, что приводит к потерям ценной соевой сыворотки. При этом, по данным В.В. Суханова, СаCI 2 обладает токсикологическим эффектом [1].
В связи с этим фактом в качестве структурообразователя при осуществлении процесса коагуляции соевого белка нами принято использование раствора томатной пасты в молочной сыворотке [2].
Характеристика общего химического состава и энергетическая ценность соевой белковой дисперсной системы, томатной пасты, молочной сыворотки, а также раствора томатной пасты в молочной сыворотке, приведены в табл. 3.
Анализ данных, представленных в табл. 3, показывает, что полученный раствор томатной пасты с содержанием 15 % сухих веществ, 1,8 % органических кислот в совокупности с β-каротином, ликопином и витамином С представляет собой биологически активный комплекс пищевых нутриентов [3].
Таблица 3
Содержание пищевых нутриентов и энергетическая ценность в молочном, растительном и комбинированном компонентах ( X ± m ; m < 0,05 ) *
|
Продукт |
О'' 5 СП |
О'' Ю" СМ х" Ш |
О'' S X с; |
О'' О ф Е |
5 О' Л ГО t =Г X о m |
о I S g ^ ко о и; § 05 О I Ф о 1 ¥ 05 О О ф |
h 0 0 05 |
0 i§ 05 t S 2 СП |
1— о ° |_ m S ° ® го X х 2 ф X о |
|
Соевая белковая дисперсная система |
87,5 |
3,8 |
2,2 |
4,2 |
2,3 |
- |
- |
5,5 |
51,0 |
|
Молочная сыворотка |
93,4 |
0,8 |
0,3 |
3,7 |
0,6 |
1,2 |
- |
- |
27,3 |
|
Томатная паста |
70,0 |
4,8 |
- |
20,0 |
2,6 |
2,5 |
2,0 |
45,0 |
109,2 |
|
Раствор томатной пасты в молочной сыворотке |
85,0 |
2,8 |
0,1 |
12,0 |
1,6 |
1,8 |
1,0 |
25,0 |
67,3 |
* По данным [4].
При этом температура коагуляции составляет 55–600С, которая обеспечивает необходимую тепловую обработку получаемого продукта, путем его так называемой длительной пастеризации. Таким образом, оптимальными параметрами получения белково-ликопинового коагулята являются t=10–12 мин, t0=55–600С, рН=4,45–4,5 ед. при содержании сухих веществ в растворе томатной пасты 12,5–15,0 %.
На рисунке 1 представлена технологическая схема получения окрашенного белково-ликопинового коагулята. В результате экспериментальных исследований данного процесса выделены наиболее значимые факторы, существенно влияющие на конечную влажность белково-ликопинового коагулята W к .
Такими факторами являются начальная влажность белково-ликопинового коагулята – W н , % (х 1 ); давление прессования – Р , МПа (х 2 ); продолжительность отжима – t п , мин (х 3 ). Уровни и интервалы варьирования указанных факторов представлены в табл. 4.
Таблица 4
Факторы и уровни их варьирования по установлению зависимости Y i =f(x i ; Х 2 ; х з )^тт
|
Фактор |
Фактор |
||
|
х 1 (W н , %) |
х 2 (Р, МПа) |
х 3 (t п , мин) |
|
|
Верхний уровень |
80 |
1,5 |
30 |
|
Основной уровень |
70 |
1,0 |
20 |
|
Нижний уровень |
60 |
0,5 |
10 |
|
Интервал варьирования |
10 |
0,5 |
10 |
Рис. 1. Технологическая схема получения окрашенного белково-ликопинового коагулята
Исследования проводились согласно стандартной матрице полного факторного эксперимента для 15 опытов. Матрица и результаты эксперимента представлены в табл. 5.
Матрица и результаты полного факторного эксперимента по установлению зависимости yi=f(xi; Х2; хз)^т'т
Таблица 5
|
Номер опыта |
х 1 |
х 2 |
х 3 |
Y 1 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
-1 |
-1 |
+1 |
59,0 |
|
2 |
+1 |
-1 |
-1 |
64,0 |
|
3 |
-1 |
+1 |
-1 |
52,0 |
|
4 |
+1 |
+1 |
+1 |
53,0 |
|
5 |
-1 |
-1 |
-1 |
62,0 |
|
6 |
+1 |
-1 |
+1 |
59,0 |
Окончание табл. 5
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
7 |
-1 |
+1 |
+1 |
50,0 |
|
8 |
+1 |
+1 |
-1 |
62,0 |
|
9 |
-1,215 |
0 |
0 |
51,0 |
|
10 |
+1,215 |
0 |
0 |
60,0 |
|
11 |
0 |
-1,215 |
0 |
62,0 |
|
12 |
0 |
+1,215 |
0 |
49,0 |
|
13 |
0 |
0 |
-1,215 |
57,0 |
|
14 |
0 |
0 |
+1,215 |
49,0 |
|
15 |
0 |
0 |
0 |
50,0 |
После реализации эксперимента были проведены обработка результатов и построение математической модели процесса отжима влаги от окрашенного белково-ликопинового коагулята в виде уравнения регрессии. Результаты регрессионного анализа представлены в табл. 6.
Регрессионный анализ зависимости Y i =f(x i ; Х 2 ; х з )^тт
Таблица 6
|
Коэффициент модели |
Шаг анализа |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
a 0 |
51,02100 |
51,02100 |
51,83300 |
51,83300 |
|
a 1 |
2,36800 |
2,36800 |
2,36800 |
2,36800 |
|
a 2 |
-3,90730 |
-3,90730 |
-3,90730 |
-3,90730 |
|
a 3 |
-2,62220 |
-2,62220 |
-2,62220 |
-2,62220 |
|
a 12 |
1,37500 |
1,37500 |
1,37500 |
1,37500 |
|
a 13 |
-1,12500 |
-1,12500 |
-1,12500 |
- |
|
a 23 |
-0,37500 |
- |
- |
- |
|
a 11 |
2,80700 |
2,80700 |
2,80700 |
2,80700 |
|
a 22 |
2,80700 |
2,80700 |
2,80700 |
2,80700 |
|
a 33 |
1,11350 |
1,11350 |
- |
- |
|
Стандартное отклонение |
22,400 |
23,525 |
28,933 |
39,058 |
|
R-корреляция |
0,97341 |
0,97205 |
0,96551 |
0,95315 |
|
F-критерий |
9,0291 |
11,429 |
12,034 |
11,347 |
После отсеивания статистически незначимых коэффициентов методом шагового анализа была получена следующая модель процесса отжима влаги от коагулята в кодированной форме:
у = 51,833 + 2,368 ■ х, - 3,907 • х. - 2,622 • х + 1,375 • х, • х. - 1,125 • х, • х + (1)
1 1 2 3 12 13
+ 2,807 • х 2 + 2,807 • х 2 2 ^ min.
Адекватность модели (1) оценена по критерию Фишера ( F R >F T ) (табл. 7).
К оценке адекватности математической модели y i =f(x i ,X 2 ,X 3 )^min
Таблица 7
|
Критерий |
a 0 |
a 1 |
a 2 |
a 3 |
a 12 |
a 13 |
a 11 |
a 22 |
Заключение об адекватности |
|
|
F R |
F T |
|||||||||
|
Y 1 |
51,83 |
2,368 |
-3,91 |
-2,62 |
1,375 |
-1,13 |
2,807 |
2,807 |
12,03 |
3,79 |
Перейдя от кодированных значений факторов ( x 1 ; x 2 ;x 3 ) к натуральным ( W н ; Р; t n ), мы получили модель процесса отжима в следующем её виде:
W = 38,93 - 10,192 ⋅ W - 4,214 ⋅ Р + 1,050 ⋅ t + 0,0458 ⋅ W ⋅ Р - 0,0187 ⋅ W ⋅ t +
+ 0,0779 ⋅ W 2 + 0,112 ⋅ Р 2 → min. н
Для определения оптимального сочетания факторов, при которых W к →min , были заданы области их экстремальных значений (табл. 8).
Области экстремальных значений зависимостей y i =f(x i ,X 2 ,X 3 )
Таблица 8
|
Критерий |
X 1 |
X 2 |
X 3 |
Y 1 |
|
Y 1 - min |
-0,42 |
0,80 |
1,00 |
47,393 |
|
-0,40 |
0,80 |
1,00 |
47,393 |
|
|
-0,42 |
0,78 |
1,00 |
47,394 |
|
|
-0,42 |
0,82 |
1,00 |
47,394 |
|
|
-0,40 |
0,78 |
1,00 |
47,394 |
|
|
-0,44 |
0,80 |
1,00 |
47,394 |
|
|
-0,44 |
0,82 |
1,00 |
47,395 |
|
|
-0,40 |
0,82 |
1,00 |
47,395 |
|
|
-0,44 |
0,78 |
1,00 |
47,396 |
|
|
-0,38 |
0,78 |
1,00 |
47,396 |
В результате решения задачи определены оптимальные значения факторов: начальная влажность белково-ликопинового коагулята – W н = 67,5 %; давление прессования – 0,5 МПа; продолжительность отжима – 30 мин. При указанных значениях факторов конечная влажность коагулята составляет не более 47,4 %.
Для анализа влияния указанных факторов на процесс отжима построены поверхности откликов – У 1 = f(x 1, x 2, x 3 ) и их сечения, которые представлены на рис. 2–7.
В результате проведенных исследований получены два продукта – соевый белково-ликопиновый коагулят (окрашенный в розовый цвет) и окрашенная в розовый цвет молочно-соевая сыворотка.
При этом сыворотка имела идеально прозрачный чистый розовый цвет при полном отсутствии взвешенных частиц в своей жидкой фазе. В таблице 9 представлен биохимический состав полученных продуктов.
Таблица 9
Биохимический и аминокислотный состав белково-ликопинового коагулята( X ± m ; m < 0,05 )
|
Продукт |
Содержание основных нутриентов, % |
|||||||
|
05 0 СП |
О ш |
5 Е |
05 1— 05 1— 5 |
т я 05 О |
05 О 05 х Ь о X о о g 1 < |
Jo о о □■г |
||
|
Окрашенный соевый белково-ликопиновый коагулят |
47,4 |
37,1 |
5,5 |
5,5 |
1,5 |
3,0 |
10,0 |
2,5 |
|
Содержание незаменимых аминокислот, мг/100 г |
||||||||
|
X 05 СП |
X ZZT )S о с; |
X ZZT )S о со S |
X со с; |
i । |
+ X X х g 8 |
X X X о а 1— |
X 05 -8-о 1— X а 1— |
|
|
7,2 |
11,8 |
6,2 |
9,2 |
4,2 |
7,5 |
6,2 |
1,7 |
|
Анализ данных, представленных в табл. 9, показывает, что при влажности 47,4 % полученный белко-во-ликопиновый продукт имеет высокое содержание комплементарного белка, а также клетчатки, β-каротина и витамина С.
■ 45 с 47.5 ■ 50 ■ 52.5 с 55 с 57.5
60 с 62.5 ■ 65 EZ 67.5
70 ■ above
-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.
Рис. 3. Сечения поверхности отклика У 1 =f(x 1 , х 2 =0,8, х 3 )→min
О 45 о 47.5 □ 50 ■ 52.5 ■ 55 □ 57.5 □ 60 □ 62.5 □ 65 □ 67.5
70 о above
Рис. 2. Поверхность отклика У 1 =f(x 1 , х 2 =0,8, х 3 )→min
Рис. 4. Поверхность отклика У 1 =f(x 1 , х 2 , х 3 =1,0)→min
-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
X1
Рис. 5. Сечения поверхности отклика У 1 =f(x 1 , х 2 , х 3 =1,0)→min
■ 45
■ 47
■ 50 о 52 о 55 57 60 62 65
о 67 70
■ ab
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
« 0.0
X
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
верхность отклика У 1 =f(x 1 =-0,42, х 2 , х 3 )→min
Рис. 7. Сечения поверхности отклика У 1 =f(x 1 =-0,42, х 2 , х 3 )→min
На рисунке 8 представлена технологическая схема приготовления бинарной мясо-растительной композиции для последующего получения мясо-растительного фарша заданного состава и свойств.
Рис. 8. Технологическая схема получения мясо-растительного фарша и продуктов на его основе
С целью получения бинарной мясо-растительной композиции подготовленные продукты в необходимом соотношении дозировались, смешивались и на их основе готовился мясной фарш с соево-ликопиновым компонентом.
В дальнейших исследованиях определены структурно-реологические характеристики полученных мясо-растительных фаршевых композиций, которые представлены в табл. 10.
Замена мясного сырья на растительное в количестве более 50 % приводит к тому, что образцы имеют рыхлую консистенцию, а прочностные характеристики снижаются.
В этой связи уровни варьирования такого фактора, как массовая доля растительного компонента, в дальнейших исследованиях были выбраны в интервале 10–50 %.
Таблица 10 Структурно-реологические характеристики и показатели фаршевых мясо-растительных композиций
|
Показатель |
Структурно-механические характеристики модельных образцов |
||||||
|
Контрольный (фарш мясной) |
Фарш на основе сердца |
Фарш на основе печени |
|||||
|
10 %рк* |
30 %рк* |
50 %рк* |
10 %рк* |
30 %рк* |
50 %рк* |
||
|
Предельное напря жение сдвига, Па |
18,23±0,9 |
17,4±1,2 |
15,8±1,3 |
9,3±0,7 |
16,6±1,1 |
14,2±1,3 |
11,4±0,7 |
|
Вязкость пластиче ская, Па . с |
30,0±0,5 |
24,2±0,7 |
25,6±0,9 |
24,4±0,5 |
29,1±0,9 |
26,5±1,2 |
25,4±1,1 |
|
Липкость, Ɛ х10³ Па |
3,12±0,1 |
2,2±0,09 |
2,1±0,07 |
1,9±0,05 |
2,6±0,13 |
2,3±0,1 |
2,1±0,1 |
* рк - растительный компонент (белково-ликопиновый коагулят).
Выводы. Все вышеизложенное позволяет сделать выводы о том, что предложенный способ структурирования и окраски белка, а также взаимного обогащения нутриентов, является рациональным и отвечает требованиям, предъявляемым к продуктам питания поликомпонентного состава, адекватным потребностям организма.
