Разработка замороженного мясного полуфабриката с пробиотической культурой Lacticaseibacillus rhamnosus GG

Мясная продукция является основным источником незаменимых аминокислот, витаминов группы В, микроэлементов [1, 2].

Разработка новых подходов к мясной промышленности сегодня чрезвычайно актуальна, на это указывают прогнозы численности населения планеты [3]. Использование концепции персонализированного питания позволяет предотвратить ряд заболеваний у определенных групп населения [4, 5].

Применение пробиотиков, как функционального компонента, обеспечивает профилактику и лечение такого комплексного заболевания, как синдром раздраженного кишечника [6, 7]. Подтверждено благотворное влияние пробиотиков в профилактике и других расстройств: энтероколита, острой инфекционной диареи, острых инфекций дыхательных путей, диареи, связанной с антибиотиками, и детских колик [8].

Механизмы действия пробиотиков включают ингибирование бактериальной адгезии; усиление барьерной функции слизистой оболочки; модуляцию врожденной и адаптивной иммунной систем, секрецию биологически активных метаболитов; и регуляцию кишечной и центральной нервной систем [9].

Мета-анализ исследований указывает на возможность снижения потребления антибиотиков у детей, при употреблении пробиотиков [10, 11].

Активно обсуждается перспектива потенциального применения пробиотиков для профилактики и лечения COVID-19 [12].

Помимо инкапсулирования пробиотиков, широкое распространение сегодня приобрела совместная инкапсуляция бактерий и биологически активных соединений [13].

Цель работы – разработка замороженного мясного полуфабриката с пробиотической культурой L. rhamnosus GG для предприятий общественного питания.

В рамках работы были сформированы следующие задачи:

Обосновать выбор компонентного состава рецептуры замороженных мясных полуфабрикатов;

Исследовать структурно-механические характеристики образцов замороженных мясных полуфабрикатов;

Определить органолептические показатели качества замороженных мясных полуфабрикатов;

Исследовать выживаемость L. Rhamnosus GG в разработанных полуфабрикатах после замораживания и термической обработки.

Материалы и методы

Объектами исследования служило мясное и вспомогательное сырьё, фарш и полуфабрикаты на его основе, а также микроорганизмы L. rhamnosus GG (DSM, Дания). Для стабилизации влагоудерживающей способности мясного фарша были опробованы цитрат натрия «Кондр» и фосфат «STPP» (Китай). Исследовали влагоудерживающие свойства фарша, а также число жизнеспособных микроорганизмов после замораживания и термической обработки продукта.

Инкапсулирование микроорганизмов производилось на аппарате B-390 (BUCHI, Швейцария). Раствор альгината натрия (2%) и суспензии микроорганизмов смешивали в пропорции 9:1 и осторожно перемешивали в течение 20 мин. Суспензию экструдировали по каплям через сопло в закаливающий раствор, содержащий лактат кальция (2% масс.). Полученные капсулы перемешивали в растворе лактата кальция в течение 40 мин для затвердевания полимерной структуры. Массовая доля микрокапсул, вносимых в продукт, составляла 5% масс.

Процесс доведения до кулинарной готовности замороженного мясного полуфабриката проводили в соответствии с современными тенденциями в сфере функционального питания и на доступных для предприятий общественного питания режимах [14, 15].

Анализ структурно-механических характеристик котлет производили на приборе EZ Test EZ-LX (Shimadzu, Япония). Оценивали степень упругости и адгезии образцов.

Сенсорные характеристики продукта анализировали посредством закрытой экспертизы по девятибалльной шкале и составления профилограммы, согласно средний оценок из дегустационных листов.

Жизнеспособность микроорганизмов оценивали, как описано Chávarri М et al. [16]. Для оценки численности пробиотиков на протяжении полного технологического цикла для анализа использовали пробу после замораживания в морозильной камере при температуре – 18 ± 1 °С, время выдержки – 24 ч; пробу после термической обработки продукта в температурном режиме согласно с общепризнанными температурными картами (температура в центре продукта 72 ℃) [10].

Эффективность инкапсулирования бактерий оценивали, как описано Chávarri et al. [16]. Образцы капсул (100 мг) полностью растворяли в 9 мл 0,1 М цитрата натрия при легком перемешивании в течение 20 мин. После этого гомогенизированные образцы разбавляли до соответствующей концентрации и высевали на агар МRS. Образцы инкубировали в течение 3 сут при 37 °С.

После этого измеряли жизнеспособность инкапсулированных клеток. Производился подсчет колониеобразующих единиц (КОЕ/мл) в пробах. Степень жизнеспособности рассчитывали в соответствии с уравнением (А):

ЕЕ

logioNl logioNO

x 100%

При этом N0 – количество захваченных бактериальных клеток, загруженных внутрь капсулы, а N1 – количество свободных бактериальных клеток, добавленных в биполимерную смесь в процессе приготовления капсул. Количество клеток L. rhamnosus GG выражали как среднее значение ± стандартное квадратичное отклонение из трех независимых экспериментов.

Результаты

Для обеспечения требуемых органолептических характеристик фарша при сохранении приемлемой себестоимости в качестве основного сырья были выбраны постная говядина и говяжий жир-сырец, получаемые жилованием мясного тримминга. При таком подходе удаётся соблюсти соотношение мышечной ткани к жировой стабилизировать качественные показатели продукции, в частности «мрамор-ность» полуфабрикатов, которая востребована на предприятиях общественного питания.

Дозировки добавок фосфата и цитрата (таблица 1) выбирались согласно спецификации производителя для двух наиболее близких типов продукции и с учётом их стоимостных характеристик, при этом учитывали необходимый pH получаемого фарша, органолептические показатели продукта и процент потерь при термообработке. На основании полученных данных было обосновано применение триполифосфата «STPP» в количестве 0,15 кг/100 кг фарша.

Таблица 1.

Влияние различных дозировок вспомогательных ингредиентов на органолептические характеристики

Table 1.

Effect of different dosages of additives on the organoleptic characteristics of the product

Название добавки Name of the additive	Дозировка кг/100 кг Dosage kg/100 kg	Потери при жарке мясного фарша, % Minced meat frying losses, %	Органолептическая характеристика готового продукта, оценка по шкале (1–9 баллов) Sensory characteristics of the finished product, scale score (1–9 points)
			Сочность и хрусткость Juiciness and crispiness	Вкус Taste
Триполифосфат «STPP» Tripolyphosphate «STPP»	0,03	48	8,8	8,0
Триполифосфат «STPP» Tripolyphosphate «STPP»	0,15	30	9,2	8,7
Соль лимонной кислоты (цитрат натрия) Citric acid salt (sodium citrate)	0,05	51	7,4	7,8
Соль лимонной кислоты (цитрат натрия) Citric acid salt (sodium citrate)	0,10	43	7,8	8,3

Структурно-механические свойства

Данные анализа структурно-механических характеристик образцов восьми рецептур полуфабрикатов приведены на рисунке 1. В результате исследования структурно-механических свойств были получены данные адгезии и упругости образцов полуфабрикатов (таблица 2). Данные были получены графическим методом путем расчета площади под кривой (для упругости) и под отрицательным пиком (для адгезии).

Рисунок 1. Образцы мясных полуфабрикатов: 1–5 – опытные образцы полуфабрикаты, 6–8 – коммерческие аналоги

Figure 1. Meat product samples: 1–5 – experimental prototypes, 6–8 – commercial equivalents

Таблица 2.

Структурно-механические свойства образцов мясных полуфабрикатов

Table 2.

Structural and mechanical properties of samples of meat products

Образец Sample	Упругость, Н×мм; Elasticity, N×mm	Адгезия, Н×мм; Adhesion, N×mm
1	78,2	1,3
2	74,5	1,5
3	87,9	2,4
4	84,3	1,6
5	73,4	2,9
6	109,5	1,8
7	96,5	1,1
8	55,1	1,8

Органолептические характеристики

Органолептические характеристики оценивали для четырёх экспериментальных образцов с наилучшими структуно-механическими характеристиками (рисунок 2). Продукт № 1 (код D6) получил наиболее высокую органолептическую оценку и использовался в качестве основы для дальнейших исследований.

В результате работ по комбинации различных соотношений основного и вспомогательного сырья и параметров его обработки, была разработана рецептура полуфабрикатов D6, представленная в таблице 3.

Рисунок 2. Профилограмма органолептической оценки образцов мясных полуфабрикатов

Figure 2. Sensory evaluation profilogram of meat product samples

Таблица 3.

Рецептура мясного полуфабриката

Table 3.

Composition of meat product

Сырье Raw materials	Количество, кг/100 кг Quantity, kg/100 kg
Постная говядина | Lean beef	61,00
Жир говяжий | Beef fat	20,00
Коллаген говяжий сухой Dry beef collagen	1,50
Соль | Salt	0,20
Фосфат «STPP» | Phosphate "STPP"	0,15
Моно- и диглицериды жирных кислот Mono – and diglycerides of fatty acids	0,02
Микрокапсулы с L. rhamnosus GG L. rhamnosus GG microcapsules	5
Вода | Water	12,13

Эффективность инкапсулирования

Для определения влияния процесса инкапсулирования на число жизнеспособных микроорганизмов исследовали эффективность инкапсулирования по уравнению А, результаты представлены в таблице 4.

Устойчивость инкапсулированных форм

• L. rhamnosus GG к замораживанию при -18

Устойчивость к замораживанию инкапсулированных форм оценивали с помощью воздействия низких температур -18 ± 1 °C в течение 24 ч.

Количество микроорганизмов в капсулах до замораживания составляло 9,67 ± 0,29 lg (KOE/мл). После замораживания капсул количество живых микроорганизмов составило 8,86 ± 0,16 lg (KOE/мл), для капсул, замороженных в составе мясного полуфабриката, значение было равно 9,28 ± 0,15 lg (KOE/мл). Устойчивость рассчитывали, как отношение подверженных замораживанию микроорганизмов к первоначальному содержанию в капсулах. Значение для свободных капсул составило 91,6 ± 2,0%, для капсул в продукте 96 ± 3%.

Жизнеспособность микроорганизмов после термообработки составила 59 ± 2%, что обеспечивает в продукте количество L. rhamnosus GG, позволяющее отнести его к пробиотическим.

Таблица 4.

Эффективность инкапсулирования L. rhamnosus GG

Table 4.

Encapsulation efficiency of L. rhamnosus GG

Размер микрокапсул, мкм; Microcapsule size, µm	Концентрация биомассы, КОЕ/мл; Biomass concentration, CFU/ml	Концентрация клеток в микрокапсулах, КОЕ/мл; Cell concentration in microcapsules, CFU/ml	Эффективность инкапсулирования, %; Encapsulation efficiency, %
200–300	(7,48 ± 0,3) × 109	(4,68 ± 0,28) × 109	95,1 ± 1,9

Обсуждение

По органолептическим показателям разработанная рецептура мясного полуфабриката не уступает коммерческим аналогам, доступным на рынке.

Как видно из таблицы 1, повышение концентрации влагоудерживающего агента ведет к снижению потерь при термической обработке продукта. Органолептические характеристики показали улучшение при снижении потерь (улучшение сочности и вкуса).

Результаты структурно-механического анализа показали умеренную упругость всех экспериментальных образцов. Показатели упругости около 100 единиц и выше были характерны для избыточно жёстких образцов, консистенцию которых можно обозначить, как слишком сухую, «бумажную». Это было характерно для двух коммерческих аналогов полуфабрикатов

В исследованиях Erdogdu et al. применение триполифосфата натрия позволило снизить потери при варке и улучшить текстурные свойства, главным образом за счет увеличения водоудерживающей способности белков. Однако увеличение температуры или времени приготовления увеличивает степень денатурации белков мяса, что приводит к снижению водоудерживающей способности. Количество триполифосфата, диффундировавшего в мясо, играет важную роль в этих изменениях [17].

Другое исследование показало, что 6% концентрация сложных фосфатов повышает влагоудерживающую способность и пищевую ценность филе морского окуня. Кроме того, улучшились качественные характеристики обработанного филе. Влияние соединений фосфатов на удержание воды и качество филе исследовали в условиях смоделированных in vitro. Усвояемость белка при переваривании вареного и жареного филе увеличилась на 67,27 и 57,39% соответственно; размер белковых частиц уменьшился на 1148,79 и 951,07 нм соответственно. Атомно-силовые микроструктуры выявили значительное снижение агрегации макромолекулярных белков при переваривании филе [18].

Эффективность инкапсулирования L. rhamnosus GG может быть охарактеризована, как высокая, что значительно выше, чем полученная ранее для L. plantarum SP‑A3 – 88,9 ± 2,5% [19]. Одно из возможных объяснений заключается в меньшем размере клеток этого штамма, по сравнению с L. plantarum .

Устойчивость инкапсулированных пробиотических бактерий оказалась лучше при их замораживании в составе полуфабрикатов, что может быть обусловлено криопротекторными свойствами матрицы продукта, внутри которой кристаллы льда распределяются более равномерно, по сравнению с замораживанием свободных капсул в воздухе.

Полуфабрикаты после термообработки обеспечивали содержание пробиотических компонентов, позволяющее отнести их к классу пробиотических пищевых продуктов.

Заключение

Были разработаны мясные замороженные полуфабрикаты круглой формы диаметром 120 мм, толщиной 10 мм, массой 110 г. Средние потери для разработанного продукта при термообработке составляют 30% от общей массы, что приемлемо для данного вида продукции. В процессе замораживания опытные образцы не теряли первоначальный цвет и структуру, остальные органолептические характеристики так же не были подвержены изменениям.

Инкапсулирование L. rhamnosus GG в альгинатные капсулы размером 200–300 мкм, существенно повышает выживаемость культуры после замораживания и температурного воздействия, при приготовлении пищевого продукта.

Результаты исследования технико-экономических показателей продемонстрировали себестоимость полуфабрикатов не выше наиболее распространенных на рынке коммерческих аналогов массового сегмента для предприятий общественного питания.

Разработанные полуфабрикаты могут быть внедрены на предприятиях общественного питания. Кроме того, важным результатом работы является демонстрация возможности получения пробиотического мясного замороженного полуфабриката, сохраняющего биологическую ценность после всех видов обработки, вплоть до доведения до кулинарной готовности продукции и употребления потребителем.

В последующих исследованиях стоит уделить внимание использованию пребиотиков в составе подобного вида продукции, а также дальнейшему повышению биологической ценности с использованием других биологически активных веществ.