Влияние изолятов растительного белка на структурно-механические характеристики мясных систем

П.С. Бикбулатов, , О.В. Чугунова, , Н.В. Заворохина, ,

P.S. Bikbulatov, , O.V. Chugunova, , N.V. Zavorokhina, ,

Продукты питания в зависимости от происхождения различаются по массовой доле белка и соотношению аминокислот. Как правило, растительные белки лимитированы по одной или нескольким аминокислотам, в том числе незаменимым.Так, белки злаковых культур лимитированы по лизину и треонину, бобовых культур – по метионину и цистеину [1, 2].

На сегодняшний день лидирующую позицию рынка среди концентратов и изолятов белков занимают соевый и пшеничный. При этом стоит отметь постепенный рост интереса потребителей и производителей различных специализированных продуктов к изолятам горохового, люпинового, льняного и нутового белка. Основными трендами, определяющими повышение спроса к белкам растительного происхождения, являются: возросший интерес к вегетарианству, экологическая безопасность производства, универсальность и функцио- нальность данных белков. Однако необходимо учитывать, что соевые протеины содержат так называемые антинутриенты или антипи-тательные вещества. В составе сои есть ингибиторы протеазы – фермента, необходимого для переваривания белка, а также лектины – соединения, препятствующие усвоению питательных веществ [3–5]. Антипитательные вещества являются одним из ключевых факторов, снижающих биодоступность различных компонентов сои и бобовых.

По показателю биологической ценности белки сои занимают лидирующие позиции и наиболее близки к белкам животного происхождения. При этом стоить отметить высокую усвояемость соевого белка и части незаменимых для организма человека аминокислот.

Семена нута являются хорошим источником получения белкового изолята. Согласно литературным данным, зернобобовая культура нут содержит в среднем 30 % белка, 8 % жира, 12 % клетчатки [6]. Бобы нута являются источником минеральных элементов – P, Na, K, Mg, Fe, Se, витаминов – ниацина, тиамина, фолиевой кислоты, рибофлавина и β-каротина.

В связи с этим разработка технологии производства пищевых продуктов с включением в состав изолятов нутового белка является перспективным и практически значимым направлением [7].

Растительные белки сегодня в больших объемах применяются в мясоперерабатывающей промышленности, что позволяет производить равноценную замену недостающего дорогостоящего мясного сырья, улучшать качественные характеристики готовой продукции, снижать себестоимость производимых пищевых систем, обогащать мясные продукты необходимыми для человека пищевыми веществами (пищевыми волокнами, витаминами и т. д.) [8–11].

В последнее время на современном отечественном рынке появились новые виды изолятов растительного белка: пшеничный, льняной, нутовый и гороховый, технологические свойства которых еще не до конца изучены.

Важно отметить, что эти белковые изоля-ты обладают высокой водосвязывающей и эмульгирующей способностью, что позволяет компенсировать недостатки основного сырья, формировать текстуру продукта при низкой себестоимости.

Возможность использования изолятов белков растительного происхождения в случае необходимости позволяет существенно повышать аминокислотный состав традиционных блюд, входящих в рацион, в том числе спортсменов, а также людей, ведущих здоровый образ жизни.

Из литературы известно, что из сои и нута получают концентраты (65–72 % белка) и изоляты белка (не менее 90 % белка), в том числе в виде текстуратов и экструдатов. В технологии мясных пищевых систем более целесообразно использование изолятов, так как затраты на производство мяса в среднем в 10 раз выше тех, что требуются для производства продуктов растительного происхождения [13]. За счет биотехнологической модификации белков показана возможность получения белковоуглеводных композитов с заданными функциональными свойствами для лечебных, диетических, эколого-профилактических и специальных (космических, аварийных и т. п.) рационов питания [13, 14].

Сравнение пищевой ценности исходного сырья и изолятов белка нута и сои представлены в табл. 1.

Таблица 1

Пищевая ценность исходного сырья и изолятов белков нута и сои на 100 г [15, 16]

Показатели	Нут		Соя
	сырье	изолят	сырье	изолят
Белки, г	18,2	85	36,5	86
Отклонение		+66,8		+49,5
Жиры, г	9,4	5	19,9	4
Отклонение		–4,4		–15,9
Углеводы, г	57	3	30,2	0,5
Отклонение		–54		–28,7
Энергетическая ценность, ккал	385	407	446	380
Отклонение		+22		–66

Пищевая ценность изолятов белков из нута и сои позволяет применять их в технологии мясных рубленых полуфабрикатов для повышения пищевой ценности, в том числе биологической, а также для улучшения таких органолептических показателей, как консистенция, внешний вид, сочность, нежность при одновременном снижении потерь при термической обработке.

Целью данного исследования было определение оптимальной концентрации белкового изолята, полученного на основе сои и нута, в технологии мясных систем для получения выраженного технологического эффекта, заключающегося в замене рецептурного хлеба растительными белками, увеличении выхода готовых изделий, а также улучшении качественных характеристик мясных рубленых полуфабрикатов.

Замена хлеба в мясных рубленых изделиях на изоляты белков нута и сои открывает возможность более существенного увеличения общего содержания микроэлементов, необходимых для повышения пищевой ценности и уровня их усвоения. Проблему усвоения растительного белка можно решить химическим путем: получением концентратов и изо-лятов белка за счет отчистки исходного сырья от компонентов-ингибиторов небелковой природы: фитиновой кислоты, стахиозы, раффинозы и др. [9].

Объекты и методы исследования

Объектом исследования являются биточки, приготовленные согласно рецептуре № 416 сборника технических нормативов 1996 г. Контрольным образцом являлись биточки без внесения растительных продуктов, рецептура представлена в табл. 2.

Для разработки контрольного и опытных образцов проектируемого полуфабриката использовалось сырье и ингредиенты, произведенные в соответствии с требованиями нормативной документации. В качестве обогащающей добавки использовали изолят соевого белка 90 % ТМ Protein Company (ТУ 82.92.10-001-45868374-17) и изолят нутового белка Spirulinafood (ТУ 10.89.19-0020200216635-19).

В качестве основного сырья при изготовлении рубленых полуфабрикатов использовали мясо котлетное из говядины 2-го сорта с содержанием до 20 % соединительной ткани категории Б (ООО «СибАгро»).

В процессе разработки рецептур каждого блюда моделировали 2 варианта мясных рубленых изделий, используя изоляты белков различных растительных продуктов в количестве 7 % (замена с учетом сухих веществ хлеба). Образец 1 – с нутовым белковым изоля-том, образец 2 – с соевым белковым изолятом.

Предварительно замоченные в смеси молока и воды изоляты белков растительного происхождения (4:1) вносят в фарш (измель- ченный на волчке с диаметром отверстий решетки 2 мм), все тщательно перемешивают, вводят соль, перец. Вторично измельчают на волчке. Из готовой котлетной массы разделывают изделия круглой приплюснутой формы толщиной 2–2,5 см. Готовые полуфабрикаты жарили в пароконвектомате в режиме «конвекция + пар» при температуре 180 °С в течение 25 минут. Готовность продукта определяли с помощью термощупа.

Исследование свойств сырья и готовых изделий, отработка образцов продукции общественного питания проводились в лабораториях кафедры технологии питания и Едином лабораторном комплексе ФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет».

В сырье определяли аминокислотный состав и пищевую ценность соевых и нутовых изолятов, в готовых изделиях – органолептические показатели, аминокислотный состав, функционально-технологические свойства (ВУС, ЖУС, устойчивость, потери массы при тепловой обработке), а также изучали структурно-механические свойства фаршевых систем до и после термообработки.

В ходе выполнения работы на разных этапах применялись общепринятые стандартные методы исследования. Органолептическую оценку проводили по балльной шкале согласно [12]. Аминокислотный состав определяли согласно ГОСТ 34132-2017. Исследование реологических показателей осуществлялось с использованием информационно-

Таблица 2

Базовая рецептура биточков, расход сырья и продуктов на 1 порцию, г [17]

Наименование сырья и продуктов Контроль Опытные образцы брутто нетто брутто нетто Говядина (котлетное мясо) 101 74 100 73 Хлеб пшеничный 18 18 – – Нут/соя – – 7 7 Молоко 3,2 % 24 24 24 24 Вода – – 7 7 Сухари пшеничные 10 10 10 10 Масса полуфабриката – 123 – 121 Масло сливочное 6 6 6 6 Выход – 100 – 100 измерительной системы – текстуроанализато-ра «Структурометр СТ-2», принцип действия которого основан на измерении механической нагрузки при помощи насадки-индентора (поршень и конус) при внедрении его с заданной скоростью в подготовленную пробу продукта. Определение устойчивости, потери массы при тепловой обработке, влагоудерживающей и жироудерживающей способности проводили в соответствии с методическими рекомендациями Антиповой Л.В. [19].

Результаты и их обсуждение .

С целью повышения пищевой ценности традиционно применяемый в производстве котлет, биточков, шницелей пшеничный хлеб в опытных образцах мясных рубленых полуфабрикатов заменяли на изоляты растительные белков (соя, нут), позволяющие повысить пищевую ценность разрабатываемых блюд.

Для разработки рекомендаций по использованию нутового и соевого изолятов в про- изводстве рубленых полуфабрикатов изучены их аминокислотный состав и пищевая ценность (табл. 3, 4).

Наиболее распространенными способами приготовления мясных рубленых полуфабрикатов являются: жарка основным способом или в пароконвектомате, варка на пару, запекание в духовом шкафу или в микроволновой печи. Выбор способа термической обработки является одним из основных факторов, определяющих конечные физические свойства и органолептические качества продукта.

Изучены органолептические показатели мясных рубленых полуфабрикатов, приготовленных различными способами, установлено, что жарка в пароконвектомате RATIONAL SCC XS 5 в наибольшей степени отвечает требованиям внешнего вида согласно потребительским предпочтениям к данному виду продукции. Данный вид термической обработки полуфабрикатов позволяет в наиболь-

Таблица 3

Аминокислотный состав нутового и соевого изолята белка на 100 г

Показатель Образцы нутовый изолят белка соевый изолят белка Незаменимые аминокислоты, г на 100 г Валин 5,6 ± 0,2 4,1 ± 0,1 Треонин 3,5 ± 0,1 3,1 ± 0,1 Лизин 5,2 ± 0,2 5,3 ± 0,1 Фенилаланин 4,0 ± 0,1 4,5 ± 0,1 Триптофан 1,7 ± 0,1 1,1 ± 0,1 Метионин 1,9 ± 0,1 1,1 ± 0,1 Лейцин 2,1 ± 0,1 2,2 ± 0,2 Изолейцин 5,5 ± 0,2 2,8 ± 0,3 Заменимые аминокислоты, г на 100 г Аргинин 6,3 ± 0,1 6,6 ± 0,1 Тирозин 5,2 ± 0,3 3,2 ± 0,3 Гистидин 1,8 ± 0,1 2,2 ± 0,1 Цистин 1,8 ± 0,1 1,1 ± 0,2 Глутаминовая кислота 12,2 ± 0,2 17,5 ± 0,3 Аланин 4,1 ± 0,1 3,6 ± 0,1 Серин 3,9 ± 0,1 4,6 ± 0,2 Пролин 3,3 ± 0,1 2,9 ± 0,1 Глицин 3,0 ± 0,1 3,6 ± 0,1 шей степени сохранить общую форму образца и целостность поверхности.

Таблица 4

Пищевая ценность нутового и соевого изолята белка на 100 г (согласно данным, указанным на маркировке)

Показатель	Образцы
	нутовый изолят белка	соевый изо-лят белка
Белки	85	86
Жиры	5	4
Углеводы	3	0
Энергетическая ценность	407 ккал	380 ккал

Для определения экспериментального образца с повышенной пищевой ценностью, а также высокими потребительскими свойствами была проведена органолептическая оценка образцов по 5-балльной системе и сравнение с контрольным образцом (табл. 5).

Результаты показали преимущество образца с добавлением нутового изолята, обладающего менее ярко выраженным вкусом вносимой добавки, что позволяет в большей степени сохранить органолептические показатели основного продукта.

Результаты исследований по определению органолептических показателей контрольного и экспериментальных образцов показали, что наивысший балл имеют образцы 1 и 2 с добавлением растительных изолятов белков. При этом важно отметить, что наиболее успешным является образец № 1. Данное преимущество исследуемого изделия говорит о том, что внесение изолята нутового белка позволяет придать более устойчивую тексту- ру и сохранить сочность готового изделия за счет удержания влаги в составе готового изделия. При внесении изолята соевого белка (образец № 2) было выявлено, что, несмотря на рост основных органолептических показателей, данное изделие имеет более плотную текстуру, сниженный уровень сохранения сочности готового изделия, что говорит о повышенной всасываемости влаги внесенного продукта. Содержание соевого изолята придает продукту выраженный привкус сои и более светлый цвет, а также остаются вкрапления внесенного продукта.

На следующем этапе исследования изучены структурно-механические свойства фаршевых систем до и после термообработки на текстуроанализаторе «Структурометр СТ2». Предварительно подготовленный образец продукта (цилиндрической или прямоугольной формы) сжимается в осевом направлении между двумя плоскими поверхностями (столиком и сжимающей пластиной – цилиндрическим зондом) до заданной процентной деформации в первый раз (первый цикл), затем давление сбрасывается (зонд поднимается на заданную высоту) и образец сжимается во второй раз (второй цикл).

Полученные в результате анализа кривые сила – время используются для количественной оценки параметров текстуры мясной системы (фарш). Графическое представление типичной кривой для разработанных пищевых систем (фарш) показано на рис. 1, готовых мясных рубленых полуфабрикатов после жарки в пароконвектомате – на рис. 2. Параметры текстуры контрольного образца и опытных образцов до и после жарки в пароконвектома-те представлены в табл. 6.

Таблица 5

Балльная оценка органолептических показателей качества образцов разрабатываемого полуфабриката после тепловой обработки

Наименование показателя / коэффициент значимости	Оценка качества, балл
	контрольный образец	образец 1	образец 2
Внешний вид / 0,2	0,8	1,0	0,9
Вид на разрезе / 0,1	0,4	0,4	0,5
Запах (аромат) / 0,1	0,4	0,5	0,5
Вкус и запах / 0,4	1,6	2,0	1,6
Консистенция (плотность, крошливость) / 0,2	0,8	1,0	0,9
Общий балл	4,0	4,9	4,4

Бикбулатов П.С., Чугунова О.В., Заворохина Н.В.

Оценка текстуры анализируемых образцов с помощью инструментального метода показала, что образец № 2 по структуре максимально приближен к контрольному образцу. При этом необходимо отметить, что при проведении данных показателей готовых изделий (жарка в пароконвектомате), образец № 2 обладает повышенным уровнем твердости и липкости готового изделия. Данные показатели свидетельствуют о росте показателя пережевываемости, характеризующего общее число движений челюстно-лицевой части и длительность времени для перехода продукта в состояние, пригодное для глотания и наиболее легкого усвоения организмом содержащихся в составе питательных веществ.

Основным требованием технологии производства рубленых полуфабрикатов является диспергентное состояние его компонентов и связанное состояние влаги и жира в течение

Рис. 1. Анализ профиля текстуры мясной системы (фарш)

Рис. 2. Сравнительный анализ профиля текстуры изделий до и после тепловой обработки

Таблица 6

Сравнительная оценка профиля текстуры, контрольного образца и опытных образцов до и после жарки в пароконвектомате

Показатель	Контрольный образец	Образец 1		Образец 2
		фарш	жареный	фарш	жареный
Твердость, g	514,5	501,5	514,0	673,0	1630,5
Упругость, %	55,5	50,5	55,8	55,6	67,5
Когезия, %	45,2	49,5	45,2	51,5	61,5
Устойчивость, %	45,2	49,5	45,2	51,5	61,5
Пережевываемость, g	130,4	124,5	132,2	190,5	670,2
Липкость, g	230,5	247,2	230,0	345,5	998,5

Таблица 7

Функционально-технологические свойства образцов разрабатываемого полуфабриката после тепловой обработки

Показатель Контрольный образец Образец 1 Образец 2 ВУС, % 65,4 ± 0,2 68,2 ± 0,2 67,6 ± 0,2 ЖУС, % 66,5 ± 0,2 71,5 ± 0,2 70,4 ± 0,2 Устойчивость 86,8 87,9 97,4 Потеря массы при тепловой обработке, % 22,0 ± 0,2 17,4 ± 0,2 16,8 ± 0,2 всего технологического процесса, поэтому качество и выход готовых изделий как дисперсионных систем определяется оптимальным развитием процессов влаго- и жиросвязывания при его приготовлении, а также устойчивостью при термической обработке [18, 20].

Замена хлеба растительными изолятами компенсируется ростом таких свойств, как ВУС и ЖУС, что характеризует дополнительные потребительские свойства. Установлено увеличение ВУС на 4 %, ЖУС на 7,5 % и снижение показателя потери массы при тепловой обработке в среднем на 22 %.

Показатель «устойчивость» является обобщающим показателем, характеризующим развитие как влагосвязывающей способности мясных рубленых полуфабрикатов до термической обработки, так и ВУС и ЖУС после термической обработки (определяется отношением массы бульона и жира, выделившихся в процессе термической обработки, к массе фарша, взятого на исследование) [19].

Далее изучен аминокислотный скор образцов, приготовленных при жарке в паро-конвектомате Rational SCC XS 5 (табл. 8).

При исследовании аминокислотного состава экспериментальных образцов установлено высокое содержание ряда незаменимых аминокислот. Так, уровень лизина и изолейцина увеличился в 1,3–1,5 раз по сравнению с данными аминокислотного состава традиционных мясных полуфабрикатов. Наиболее существенно в образцах, в рецептуру которых включен растительный изолят, увеличилось содержание таких незаменимых аминокислот, как валин (50–55 %), треонин (40–45 %), изолейцин (30–45 %) и лизин (37–38 %).

Заключение

Показано, что оптимальной концентрацией белкового изолята, полученного на основе сои и нута, в технологии мясных систем для получения выраженного технологического эффекта является 7 % от массы основного сырья.

Таблица 8

Сравнительный анализ аминокислотного скора контрольного образца и опытных образцов после жарки в пароконвектомате

Показатель	Контрольный образец	Образец 1	Образец 2
Аминокислотный скор, на 100 г
Валин	96,01	149,23	133,44
Треонин	111,56	162,41	155,94
Лизин	147,65	202,81	204,08
Фенилаланин	79,08	117,85	123,57
Триптофан	86,23	158,57	131,65
Метионин	71,69	104,07	89,22
Лейцин	112,46	168,66	143,41
Изолейцин	88,10	130,06	116,85

При органолептической оценке экспериментальных образцов установлено, что замена хлеба гидратированным соевым или нутовым изолятом в количестве 7 % не оказывает негативного влияния на вкусоароматические показатели и позволяет существенно улучшить нежность и повысить сочность готового продукта.

Результаты балльной органолептической оценки контрольного и опытных образцов показали, что наивысший балл имеют образцы 1 и 2 с добавлением растительных изоля-тов белков. При этом необходимо отметить, что наиболее успешным является образец № 1. Внесение изолята нутового белка позволяет придать более устойчивую текстуру и сохранить сочность готового изделия за счет удержания влаги в составе готового изделия. При внесении изолята соевого белка (образец № 2) было выявлено, что, несмотря на рост основных органолептических показателей, данное изделие имеет более плотную текстуру, сниженный уровень сохранения сочности готового изделия. Содержание соевого изоля- та придает продукту выраженный привкус сои и более светлый цвет.

В ходе исследований установлено улучшение структурно-механических показателей разработанных мясных систем, что повышает потребительские характеристики готовых изделий, делая их более привлекательными по внешнему виду, сочными и нежными. Происходит повышение их пищевой ценности, оптимизация аминокислотного состава при одновременном снижении калорийности.

Изученные растительные белковые изо-ляты обладают высокими водоудерживающими свойствами, значительно улучшают структуру мясных систем, повышают содержание в готовом продукте белков, поглощают жир и удерживают его при тепловой обработке. Однако необходимо учитывать, что пищевые системы с растительными белковыми изоля-тами нестабильны при вторичной термической обработке, в циклах «замораживание – оттаивание», а также в процессе хранения из-за высокой ионной чувствительности при контакте с солью [16].