Изучение функционально-технологических свойств говяжьей печени как основы для создания белково-жировой эмульсии

Состав чертежей

Описание

В дипломной работе был проведен анализ литературы. Рассмотрено гистологическое строение печение крупного рогатого скота. Разработана структурная формула холевой кислоты и ее производных. Описаны основные функции печени и её обмен веществ крупного рогатого скота. Определены физико-химические свойства говяжьей печени-сырья для местной промышленности. Рассмотрены белково-жировые эмульсии, дана общая информация. В результате проведенного анализа можно подвести следующие итоги:

1.      Говяжья печень можно считать витаминосодержащим продуктом, в котором находятся практически все витамины группы В, токоферол, ретинол и витамин РР.

2.      Говяжья печень содержит такие макроэлементы как – сера, фосфор, калий, а также микроэлементами – цинк, железо, медь.

3.      Введение печени в состав мясных продуктов (особенно вареных колбас) даст возможность увеличить пищевую ценность продукта, повысив содержание таких элементов как Fe3+, жирорастворимых и водорастворимых витаминов.

4.      Принимая во внимание проявление конкурентной адсорбции белков на поверхности частиц жира в фаршевой системе, делаем вывод о том, что разумным является вводить в состав фарша дополнительные пищевые белки в состав белково-жировой эмульсии, что обеспечит предварительное эмульгирование жира с формированием стабильной эмульсии и поможет избежать применение гелеобразующих миофибриллярных белков на эмульгирование.

5.      Функционально-технологические свойства печени сильно зависят от степени измельчения и переработки. Как компонент для производства белково-жировой эмульсии по своим функционально-технологическим свойствам подходит только термически обработанная печень.

         В экспериментальной части дипломного проекта была выполнена разработка белково-жировой эмульсии на основе говяжьей печени и рассмотрено ее использование в изготовлении вареных колбасных изделий. Определены материалы и методы, осуществлен выбор необходимых приборов и оборудования. Описаны расчетные и физико-химические способы исследования. Определены основные функционально-технологические свойства говяжьей печени. Выполнено создание белково-жировой эмульсии на основе говяжьей печени и проведено исследование ее ФТС. Рассмотрено применение многокомпонентной белково-жировой эмульсии в составе вареных колбас I сорта. По экспериментальной части дипломного проекта можно подвести следующие итоги:

• Исследование функционально-технологических свойств белково-жировой эмульсии на основе бланшированной говяжьей печени позволило сделать вывод о том, при содержании в эмульсии жировой фазы 45 % наблюдалось ее расслоение по фракциям, в следствии чего возникает необходимость дополнительного введения в ее состав ингредиентов, которые обладают повышенной эмульгирующей способностью;
• Исследование функционально-технологических свойств многокомпонентных белково-жировых эмульсии с различным сочетанием растительного (соевого) и животного белоксодержащего сырья, позволило сделать вывод о том, что в соотношении растительного и животного белоксодержащего сырья полученные белково-жировые эмульсии имеют стабильные свойства, при содержании жирового компонента 45 %.
• Сравнительная характеристика функционально-технологических свойств фарша вареной колбасы I сорта «Обыкновенной» с функционально-технологическими свойствами фаршей, изготовленных с заменой части полужирной свинины на многокомпонентную белково-жировую эмульсию показал, что замена 25 % полужирной свинины на многокомпонентную белково-жировую добавку позволяет увеличить выход готовой продукции на 3,2 %.
• Замена 25 % полужирной свинины на многокомпонентную белково-жировую эмульсию не несет отрицательного воздействия на органолептические свойства готовой продукции.

Выводы:

• белки говяжьей печени не сбалансированы по аминокислотному составу, но говяжья печень превосходит мышечную ткань по содержанию макро- и микроэлементов, а так же по содержанию водо- и жирорастворимых витаминов, поэтому мы рекомендуем использовать говяжью печень как обогатитель мясных изделий;
• в соотношении животного и растительного белоксодержащего сырья равном 50:50, полученные белково-жировые эмульсии, обладают стабильными свойствами, при содержании жирового компонента 45 %;
• замена 25 % полужирной свинины на многокомпонентную белково-жировую эмульсию позволяет увеличить выход готовой продукции на 3,2 % и не оказывает отрицательного действия на органолептические характеристики готовых изделий.

1. Анализ литературы

• Гистологическое строение печени крупного рогатого скота Желчь

Печень – самая крупная пищеварительная железа, составляющая около

1,4 – 1,5 % массы тела животного [2]. Цвет печени – красно-коричневый, темный или светлый, в зависимости от кровенаполнения органа и упитанности животного. Консистенция довольно плотная.

Поверхность печени покрыта брюшиной. Под ней лежит печеночная капсула, состоящая из плотной соединительной ткани, которая проникает внутрь органа и разделяет его на дольки. В соединительной ткани между дольками проходят кровеносные и лимфатические сосуды, а также желчные ходы.

Основная морфологическая единица печени – печеночная долька – 1

(рис. 1). Печеночные дольки располагаются на ветвях печеночных вен, называемых центральными венами – 2 печеночных долек. Концевые ветви воротной вены проникают между печеночными дольками и называются междольковыми венами – 3. Они через сеть внутридольковых капилляров переходят во внутридольковые вены – 4.

Мельчайшие желчные капилляры – 5 начинаются между клетками печеночных долек. Соединяясь, они образуют более крупные протоки и формируют общий печеночный поток желчи – 6. По выходе из ворот печени он направляется к двенадцатиперстной кишке – 7. Часть желчных протоков открывается в желчный пузырь – 8, где накапливается желчь [2,4,5].

       Желчь, накапливающаяся в желчном пузыре (так называемая пузырная желчь) отличается от печеночной желчи, находящейся в ткани печени.

Печеночная желчь представляет собой густую темно-зеленую жидкость плотностью 1,005, с щелочной реакцией – значение  рН 7,5 – 8,2. В ней содержится  96 – 97 % воды, 2,5 – 3,5 % сухих веществ, представленных неорганическими и органическими компонентами.

В желчном пузыре, вследствие всасывания воды его стенками, происходит концентрирование желчи (содержание сухих веществ может повышаться в 10 и более раз; плотность повышается до 1,040) и  значение  рН снижается до

7,0 – 5,3 , вследствие того, что слизистая оболочка пузыря выделяет в желчь ионы водорода (Н⁺) [20, 51].

Ниже представлено содержание сухих веществ в пузырной желчи (рис. 2)

Специфическими компонентами желчи являются желчные кислоты, которые придают секрету горький вкус. Они образуются в печени в результате метаболизма из холестерина. Это стероидные соединения⁵ с 24 атомами углерода, являющиеся производными холевой кислоты. Они  имеют от одной до трех α-гидроксильных групп и боковую цепь из 5 атомов углерода с карбоксильной группой на конце цепи (рис. 3) [7, 50].

 В печеночной желчи при слабощелочном значении рН холевая кислота присутствует в виде холат-аниона. Кроме холевой кислоты (рис. 3, а) в желчи содержится также хенодезоксихолевая кислота (рис. 3, с). Оба соединения принято называть первичными желчными кислотами. В количественном отношении это наиболее важные конечные продукты обмена холестерина.

В печени образуются конъюгаты желчных кислот с аминокислотами (глицином или таурином ), связанные пептидной связью:

Эти конъюгаты являются более сильными кислотами и присутствуют в желчи в форме солей (холатов и дезоксихолатов Na⁺ и К⁺, называемых солями желчных кислот) [50].

В кишечнике соли жирные кислоты обеспечивают эмульгирование жира и стабилизацию образующейся жировой эмульсии, повышают скорость всасывания трудно растворимых кальциевых солей жирных кислот, образуя с ними легко растворимые комплексы.

Одной из основных функций жирных кислот является перенос липидов в водной среде, который обеспечивается благодаря их способности образовывать мицеллярный раствор липидов в водной среде.

В печени при участии жирных кислот формируются мицеллы, в виде которых секретируемые печенью липиды переносятся в кишечник в гомогенном растворе –  желчи. За счет детергентных свойств жирных кислот в кишечнике образуются устойчивые мицеллы, содержащие продукты расщепления жиров липазой: холестерин, фосфолипиды, жирорастворимые витамины и обеспечивающие перенос этих компонентов к всасывающей поверхности кишечного эпителия.

 Если концентрация желчных кислот небольшая, они могут образовывать в воде истинный раствор. В том случае, когда концентрация желчных кислот увеличивается, они образуют простые мицеллы, то есть конгломераты, состоящие из нескольких молекул желчных кислот, ориентированных таким образом, что их гидрофобные стороны обращены друг к другу, а гидрофильные стороны направлены в воду (рис. 4). Концентрация желчной кислоты, при которой из истинного раствора начинают образовываться мицеллы, называется критической мицеллярной концентрацией [51].

Окраска желчи зависит от желчных пигментов: билирубина, имеющего золотисто-желтую окраску, и биливердина – вещества зеленого цвета (основной пигмент желчи у травоядных). Желчные пигменты образуются из гемоглобина и других гемосдержащих белков. Билирубин является продуктом распада простетической группы гемоглобина, а биливердин – продуктом окисления билирубина. Желчные пигменты обладают свойствами кислот и дают соли с металлами (иногда нерастворимые).

В среднем, у крупного рогатого скота, за сутки выделяется 2 – 6 л желчи. Желчь образуется непрерывно, а натощак – на низком уровне. Образование ее повышается при приеме корма и кишечном пищеварении [4].

1.2. Функции печени крупного рогатого скота

Важнейшими функциями печени являются метаболическая, депонирующая, барьерная и экскреторная (рис. 5).

Метаболическая – в печени протекают сложные процессы обмена белков и аминокислот, липидов, углеводов, биологически активных веществ (гормонов, биогенных аминов и витаминов), микроэлементов, регуляция водного обмена. В печени синтезируются многие вещества (например, желчи), необходимые для функционирования других органов.

Депонирующая – в печени происходит накопление углеводов (например, гликогена), белков, жиров, гормонов, витаминов, минеральных веществ. Из печени в организм постоянно поступают макроэргические соединения и структурные блоки, необходимые для синтеза сложных макромолекул.

Барьерная – в печени осуществляется обезвреживание (биохимическая трансформация) чужеродных и токсичных соединений, поступивших с пищей или образовавшихся в кишечнике.

Экскреторная – из печени различные вещества эндо- и экзогенного происхождения либо поступают в желчные протоки и выводятся с желчью (более 40 соединений), либо попадают в кровь, откуда выводятся почками.

1.3. Обмен веществ в печени крупного рогатого скота

Печень принимает участие в метаболизме почти всех классов веществ.

Метаболизм углеводов. Глюкоза и другие моносахариды поступают в печень из плазмы крови. Здесь они превращаются в глюкозо-6-фосфат и другие продукты гликолиза. Затем глюкоза депонируется в виде резервного полисахарида гликогена или превращается в жирные кислоты. При снижении уровня глюкозы печень начинает поставлять глюкозу за счет гликогена. Если запас гликогена оказывается исчерпанным, глюкоза может синтезироваться в процессе глюконеогенеза из таких предшественников, как лактат, пируват, глицерин или углеродный скелет аминокислот.

Метаболизм липидов. Жирные кислоты синтезируются в печени из ацетил-КоА, который образуется из избыточной глюкозы пищи, из полисахаридов и аминокислот, не требующихся для других функций. Триацилглицерины образуются из КоА-производных жирных кислот и поступают в кровь в форме липопротеинов.

В печени синтезируется холестерин, который в составе липопротеинов транспортируется в другие органы. Избыток холестерина превращается в желчные кислоты или выводится из организма с желчью.

Метаболизм аминокислот и белков. Уровень аминокислот в плазме крови регулируется печенью. Избыточные аминокислоты расщепляются, аммиак связывается в цикле мочевины, мочевина переносится в почки. Углеродный скелет аминокислот включается в промежуточный метаболизм как источник для синтеза глюкозы (глюконеогенез) или как источник энергии. Кроме того, в печени осуществляется синтез и расщепление многих белков плазмы крови.

Биохимическая трансформация. Стероидные гормоны и билирубин, а также лекарственные вещества, этанол и другие ксенобиотики (чужеродные вещества природного происхождения) поступают в печень, где они инактивируются в гепатоцитах на гладком эндоплазматическом ретикулуме и конвертируются в высоко полярные соединения.

Связывание и обезвреживание металлов осуществляет белок печени металлотионеин. Этот белок содержит много гидросульфитных групп и может образовывать хелатные¹⁹ соединения с большим количеством ионов металлов такими, как Cd²⁺, Cu²⁺, Hg²⁺ и Zn²⁺. Ионы таких металлов являются индукторами биосинтеза металлотионеина.

Молекулярная  масса металлотионеина равна 6,5×10³ Дальтон. Форма молекулы овальная, состоящая из двух субъединиц. В каждой молекуле содержится 7-12 ионов металла. Металлотионеин термоустойчивый белок.

Депонирование. Печень служит местом депонирования энергетических резервов организма (гликогена) и веществ-предшественников; здесь  депонируются многие минеральные вещества, в том числе железо (около 15 % всего железа, содержащегося в организме), витамины: ретинол, витамины A, D, K, B₁₂ и фолиевая кислота [50, 51].

1.4. Физико-химические свойства

говяжьей печени – сырья для мясной промышленности

1.4.1. Автолитические изменения в говяжьей печени

После убоя животного в паренхиматозных органах происходят автолитические изменения, специфические для каждого органа.

Сразу же после прекращения жизни животного начинаются автолитические изменения углеводной системы. Вследствие прекращения доступа кислорода в клетки затухает аэробная фаза энергетического обмена и преобладает анаэробная фаза в которой происходит гликолитический распад гликогена. В первые часы автолиза интенсивный распад гликогена до молочной кислоты протекает преимущественно путем фосфоролиза¹⁰. Гликолиз резко замедляется примерно к 24 ч (при низких плюсовых температурах), а затем приостанавливается в связи с полным исчезновением аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и накоплением молочной кислоты, которая как продукт реакции подавляет фосфоролиз. В дальнейшем низкий уровень гликогена остается стабильным.

Одновременно с гликолитическим распадом гликогена в результате его амилолитического распада несколько увеличивается содержание редуцирующих сахаров; в дальнейшем (к концу вторых суток) количество их уменьшается. Содержание молочной кислоты при автолизе печени нарастает значительно медленнее, чем при автолизе мышц.

Вместе с тем более заметно в ткани накапливается органический фосфат (в результате распада АТФ). В следствие накопления кислот активная реакция среды печени сдвигается в кислую сторону со значения рН 7,2 – 7,1 до  значения рН 6,4 – 6,5 к 24 ч автолиза и до значения рН 6,3 – 6,5 к 48 ч, но все время остается более высокой, чем в мышечной ткани (рис. 6).

Вследствие накопления кислот изменяются свойства белков. В начальных стадиях хранения печень незначительно затвердевает, т.е. наблюдается ее окоченение, сопровождающееся помутнением саркоплазмы. Вместе с тем изменяется окраска печени: из светло-коричневой она становится темно-коричневой, что связано с окислением гемоглобина в метгемоглобин.

При хранении резко снижается способность печени набухать в воде. Уже через 24 часа набухание составляет 55 % от исходного, а к 48 часам – 34 %. В результате протеолиза несколько увеличивается количество остаточного азота.

Через сутки после убоя содержание восстановленного глютатиона увеличивается по сравнению с исходным, а на вторые-третьи сутки понижается.

Печень менее стойка при хранении, чем мясо. Это обусловлено меньшей плотностью ткани, более высоким рН, наличием более активных групп ферментов (например катепсинов, протеолитическая активность которых в 60 раз выше активности мышечных катепсинов) [32].

При продолжительном хранении в замороженном состоянии автолитические процессы в тканях не прекращаются, о чем можно судить по изменению содержания сахаров и значения рН (табл. 1).

Таблица 1

Изменение содержания сахаров и значения рН в тканях печени

в замороженном состоянии [32]

1.4.2. Химический состав говяжьей печени

Химический состав печени характеризуется данными, приведенными в табл. 2. По сравнению с другими органами, в ней содержится меньше воды.

Таблица 2

Общий химический состав говяжьей печени [32]

¹ Отношение полноценных белков к неполноценным.

Белки. Белки печени представлены главным образом глобулинами около 13 % (из общего количества белков печени, составляющих 17 %), на долю альбуминов приходится только 1 %. Из глобулинов печени выделены две фракции, отличающиеся по температуре коагуляции: одна из них коагулирует при 68 – 70⁰ С, а другая при 45 – 50⁰ С. Белки экстракта печени путем электрофореза можно разделить на шесть основных и ряд менее определенных фракций (табл. 3). По подвижности некоторые белки печени похожи на белки сыворотки крови: α-глобулинам соответствует 30 – 35 % белков печени (фракции Б и В), β- и γ-глобулинам (фракции Г, Д, Е) – приблизительно 30 %, меньшей подвижностью характеризуется 25 % белков. На долю белков, подобных сывороточным альбуминам, приходится 6 – 13 % (фракция А).

Таблица 3

Фракции белков говяжьей печени [32]

В воде полипептидные цепочки глобулярных белков скручиваются так, что сетка пептидных связей и гидрофильные группы оказываются на поверхности глобулы. При наличии интервала между рН среды и изоэлектрической точкой на поверхности глобулы возникают точечные заряды того или иного, но преимущественно одного значения. В результате между ионизированными боковыми цепями на поверхности глобулы появляются электростатические силы отталкивания, а сами ионизированные группы боковых цепей окружаются диффузным облаком из ионов противоположного значения и диполей воды.

Глобулярные белки способны образовывать растворы в воде или в слабых водных растворах солей. При достаточно большом сдвиге рН от изоэлектрической точки или при изменении концентрации солей комплексные глобулы могут диссоциировать на 2,4 и более независимых элементов,, которые при возобновлении условий снова взаимодействуют, образуя первоначальную глобулу. При рН, близком к изоэлектрической точке белка, сами глобулы ассоциируют в более или менее крупные ассоциаты.

Способность глобулярных белков к взаимодействию с водой определяется величиной заряда на поверхности глобулы и величиной удельной поверхности белковых частиц, т.е. степенью дисперсности. Их стабильность в растворе зависит от двух взаимосвязанных факторов: гидратации и электрического заряда.

При обработке растворов глобулярных белков гидрофобными веществами происходит диффузия последних во внутреннее гидрофобное ядро глобулы. При этом размер глобулы увеличивается. В неполярных жидкостях поверхность глобулы становится гидрофобной.

В структуре фибриллярных белков главные цепи, расположенные в одной плоскости, связанны друг с другом водородными связями. Боковые цепи образуют химические связи (солевые, пептидные или дисульфидные) между главными цепями (рис. 7). Таким путем образуется трехмерная структура молекул фибриллярных белков [41].

В структуре фибриллярных белков гидрофильные группировки расположены и внутри и на поверхности пространственной сетки. Последняя занимает во много раз большее пространство, чем пространство, фактически занимаемое ее структурными элементами. Поэтому фибриллярные белки обладают резко выраженной способностью к набуханию в результате внедрения молекул воды внутрь пространственной сетки. Внедрение диполей воды в молекулу фибриллярного белка приводит к ослаблению водородных и солевых связей между полипептидными цепочками. Однако полярные группы этих цепочек сохраняют некоторое электростатическое взаимодействие и их расположение остается фиксированным, хотя прочность структуры белка уменьшается [41].

В составе печени около 1 % железосодержащих белков – феррина и ферритина. Феррин содержит 15,7 % органически связанного трехвалентного железа, ферритин – 21,1 % трехвалентного железа. Помимо этого в составе печени обнаружен пигмент – гомосидерин в виде нерастворимых в воде гранул, содержащих около 50 % железа [32, 41].

Из печени выделен также медьсодержащий белок гематокупреин, в котором 0,34 % меди.

Необходимо иметь в виду, что белки печени перевариваются пепсином хуже, чем белки мяса, а содержание полноценных белков в печени меньше, чем в мышечной ткани.

Углеводы. В печени имеется больший, чем в других органах, запас углеводов в виде гликогена. В зависимости от физиологического состояния животного количество его составляет от 4 – 10 до 17 % .

Гликоген (рис. 8) – разветвленный гомополимер, построен в основном из остатков глюкозы, связанных в положении α(1→4). B гликогене точки ветвления располагаются в среднем через каждые 8 – 10 остатков глюкозы. Связи в точках ветвления находятся в положении α(1→8), остальные остатки боковой цепи связаны в положении α(1→4). За счет этого образуется разветвленная, древовидная структура, в которой имеется только  один восстанавливающий конец [50]. Молекулярная масса гликогена колеблется в пределах от 3·10⁵ до 1·10⁸ Дальтона¹¹, форма молекулы приближается к сферической.

        Гликоген печени служит прежде всего для поддержания уровня глюкозы в крови при голодании. Поэтому содержание гликогена в печени варьирует в широких пределах. При длительном голодании оно падает почти до нуля. Гликоген печени никогда не расщепляется полностью. Как правило, укорачиваются или удлиняются (при высоком содержании глюкозы) только невосстанавливающие концы.

Гликоген мышц служит резервом энергии и не участвует в регуляции уровня глюкозы в крови. По этой причине колебания содержания гликогена в мышцах меньше, чем в печени [42].

В печени в небольшом количестве находится также глюкоза ( ≈ 100 мг %), разнообразные продукты ее окисления и инозит (сахароспирт).

В печени вырабатывается и содержится ряд мукополисахаридов (полимеры, повторяющейся единицей которых, служит какой-либо дисахарид), в том числе гепарин.

Жиры. Содержания жира в говяжьей печени зависит от возраста, упитанности и от содержания животного перед убоем – с голодной диетой или без (рис. 9).

       Во время голодной выдержки запасы жира в организме перераспределяются. Жир начинает интенсивно поступать в печень и используется на поддержание жизнедеятельности организма. В печени у крупного рогатого скота (КРС) тощей категории упитанности жира содержится меньше, чем в печени КРС высшей категории упитанности, так как эти животные имеют незначительные жировые запасы [29].

Липиды печени представлены, главным образом, фосфолипидами⁷ (табл. 4)  и триацилглицеринами с высоким содержанием линолевой и арахидоновой  кислот.

Таблица 4

Содержание липидов в говяжьей печени, % [47]

Витамины. В свежей печени крупного рогатого скота обнаружены следующие витамины (в мг %) [8, 32, 47].

Таблица 5

Содержание витаминов в говяжьей печени, мг %

Азотистые экстрактивные вещества. В печени имеется небольшое количество азотистых экстрактивных веществ (продукты промежуточного или конечного обмена): креатин, холин, пуриновые основания, аминокислоты, АТФ и продукты ее превращения, мочевина – 3,45 мкМоль/г³ [28], таурин, парные эфиросерные, эфироглюкуроновые кислоты.

Минеральные вещества. В печени крупного рогатого скота содержатся

следующие микро- и макроэлементы (рис. 10, 11) [18, 47].

Ферменты. Для печени характерной является группа протеаз катепсинов, наиболее активная в печени и в почках.

Кроме основных ферментов углеводного, белкового и липидного обмена, в печени находятся также ферменты синтеза и распада нуклеопротеидов, окисления пуринов, синтеза мочевины, окисления жиров, каротиназа [32].

Содержание токсических элементов. Органы и ткани КРС могут служить для человека источником загрязнения организма токсическими элементами.

В крови КРС с возрастом увеличивается уровень свинца и кадмия, поэтому происходит увеличение токсикоэлементов и в печени крупного рогатого скота: у нетелей (от 1 – 3 лет) количество свинца в печени, по сравнению с животными в возрасте до одного года, увеличивается в среднем в 2,5 раза, кадмия – в 4,8 раз; а в печени коров от трех до восьми лет количество свинца увеличивается уже в 9,2 раза, кадмия – в 16,7 раз (табл. 6). Причем, уровень свинца у коров от трех до восьми лет превышает допустимый в 1,2 – 2,1 раза в 70 % исследуемых проб, а уровень кадмия в печени превышает его в 6,3 – 6,6 раза в 65 % исследуемых проб [40].

Таблица 6

Содержание токсикоэлементов (Pb, Cd) в сырой говяжьей печени в зависимости от возраста животного мг/кг [40]

________________

* ПДС – Предельно Допустимое Содержание¹⁴

        Снижения уровня токсичности готовой продукции можно добиться с помощью предварительной обработки печени [31]:

• на 25 – 30 % - путем нарезки на мелкие куски (50 – 70 г) с последующим вымачиванием (30 – 50 мин) и промывкой (рис. 12);
• на 5 – 10 % – способом посола;
• на 25 – 30 % – термической обработкой – бланшировкой, варкой, стерилизацией (рис. 13).

Из выше представленного материала следует вывод, что для максимальной защиты потребителей от попадания в их организм токсических элементов при потреблении мясных изделий, в состав которых входит  говяжья печень, следует использовать для производства печень крупного рогатого скота в возрасте до 3 лет, т.к. содержание токсикоэлементов (Pb, Cd) в печени этих животных не превышает предельно допустимой концентрации (табл. 6).

В процессе переработки следует промывать печень в кусках размером 50 – 70 г (согласно технологическим инструкциям по производству паштетов – печень промывают в проточной воде в течении 1 – 2 часов в кусках массой

200 – 250 г).

Согласно диаграмме, изображенной на рис. 12, самыми эффективными способами уменьшения содержания токсикоэлементов являются: стерилизация, варка в бульоне и бланшировка.

1.4.3. Пищевая ценность говяжьей печени

В понятие «пищевая ценность» входят количественное соотношение пищевых веществ в продукте и суммарная энергетическая ценность, органолептические и гигиенические характеристики изделия и способность веществ перевариваться и усваиваться организмом [13].

По теории адекватного питания на усвояемость продукта влияет соотношение компонентов: заменимых – незаменимых аминокислот, полиненасыщенных и насыщенных жирных кислот, микро- и макроэлементов и пр. А именно, для взрослых [17, 47]:

• значение коэффициента утилитарности аминокислотного состава должно быть равно 1,0;
• соотношение белка и жира – 1 : 1 – 1,2;
• ненасыщенных и насыщенных жирных кислот 2,3 : 1;
• кальция и фосфора – 1 : 1,5 (при избытке фосфора может происходить выведение кальция из костей; обычно усваивается 50 – 90 % фосфора);
• кальция и магния – 1 : 0,7 (избыток магния снижает усвояемость кальция, т.к. в некоторых процессах магний является антагонистом кальция).

Для говяжьей печени:

• коэффициент утилитарности аминокислотного состава – 0,7
• соотношение белка и жира равно – 1 : 0,26
• соотношение Ca : P равно – 1 : 36;
• соотношение Ca : Mg – 1 : 2;
• соотношение ненасыщенных и насыщенных жирных кислот – 1,2 : 1⁹.

Таким образом, для создания сбалансированного продукта необходимо использовать говяжью печень в составе с продуктом бедным по содержанию фосфором и магнием и содержащим большее количество моно- и полиненасыщенных жирных кислот.

Важное значение для организма человека имеет, содержащийся в печени, витамин В₁₂, который в сочетании с железосодержащими белковыми соединениями придает печени лечебные свойства при анемии.

По усвояемости железа, печень уступает только телятине, но превосходит ряд продуктов животного происхождения и все растительные источники железа: (рис. 14) [46].

       Содержание ретинола (витамин А) в печени  (30 мг %) во много раз выше, чем в мышечной ткани (0,02 мг %).

Как видно из диаграмм, представленных на рис. 9, печень богата такими макроэлементами как – калий, фосфор, сера, а также микроэлементами – железо, цинк, медь и бедна кальцием.

Калий – жизненно важный внутриклеточный элемент, регулирующий кис­лотно-щелочное равновесие крови. Он участвует в передаче нервных импульсов, активизирует работу ряда ферментов. Считают, что калий обладает защитным действием против нежелательного влияния избытка натрия и нормализует дав­ление крови. По этой причине в некоторых странах поваренную соль выпускают добавлением хлорида калия. Калий способен усиливать выделение мочи.

Сера – жизненно важный элемент, значение которого в питании опре­деляется в первую очередь тем, что она входит в состав белков в виде серусодержащих аминокислот (метионина, цистеина), а также в состав некоторых гор­монов и витаминов. Содержание серы обычно пропорционально содержанию бел­ков а пищевых продуктах поэтому ее больше в продуктах животного проис­хождения, чем растительного.

Цинк – необходимый элемент, значение которого определяется тем, что он входит в состав гормона инсулина, участвующего в углеводном обмене, и мно­гих важных ферментов. Недостаточность цинка у детей задерживает рост и половое развитие [47].

Медь – необходимый элемент, входящий в состав многих окислительно-востановительных ферментов [8].

1.4.4. Функционально-технологические свойства печени

Согласно описанию технологических свойств печени Соколовым А.А. [41] печень, в отличие от других мясопродуктов не набухает в сыром виде, плохо удерживает воду и сильно уплотняется при варке, поглощая жир, взамен выделяющейся воды.

Исследования, проведенные др. техн. наук Ю.Н. Нелеповым [24], подтверждают выше перечисленные свойства печени числовыми данными.

Влагопоглощающая способность (ВПС) печени зависит от способности белков, входящих в ее состав, к набуханию. По данным Нелепова Ю.Н. для сырой печени со степенью измельчения 3 мм и после гомогенизации на куттере в течение 6 минут при n = 1500 мин ^-1, ВПС, независимо от степени измельчения, отсутствует (табл. 7) [40].

Таблица 7

Основные функционально-технологические свойства печени [24]

* t = 80 ± 2⁰С, τ = 30 минут

Из таблицы видно, что влагосвязывающая способность сырой печени после измельчения на куттере – увеличивается (т. к. увеличивается удельная поверхность белковых частиц).

Пластичность печени зависит от ее термической обработки и мало зависит от степени измельчения.

Водопоглощающая способность (ВПС) термически обработанной печени сильно зависит от степени измельчения. С увеличением степени измельчения от 3 мм до 0,1 мм ВПС термообработанной печени растет с 18,2 % до 28,8 %. Это можно объяснить увеличением удельной поверхности частиц.

Степень жиропоглощаемости субпродоктового сырья обусловлена, в основном, связыванием жира системой микропор и капилляров [24].

1.5. Белково-жировые эмульсии. Общая информация

Использование препаратов белков для выработки эмульгированных мясных продуктов базируется на научных представлениях о физико-химической сущности мясных систем.

При куттеровании фарша происходит измельчение мышечных и соединительнотканных волокон, а также эмульгирование жира. В результате образуется сложная пищевая система, дисперсной фазой которой являются эмульгированные частицы жира, набухшие частицы мышечных и соединительнотканных волокон разного размера.  Они равномерно распределены в вязком растворе саркоплазматических и миофибриллярных водорастворимых белков, являющимся дисперсионной средой [15].

Вследствие взаимодействия нерастворимых частиц образуется гелеобразная тиксотропная* ¹² структура. После термообработки, в результате денатурации белков мяса, дисперсионная среда образует гелеобразный матрикс,  в котором удерживаются частицы дисперсной фазы. Таким образом, наиболее важными свойствами мясных белков являются:

• эмульсионные свойства;
• растворимость в воде в присутствие хлорида натрия с образованием высоковязких растворов;
• способность к гелеобразованию.

Естественно, что в мясной системе должно быть достаточное количество мясных белков для реализации всех свойств. При диспергировании жира в водных растворах белка образуется большая поверхность раздела фаз, на которой адсорбируется белок.

* Тиксотропия – способность дисперсионных систем восстанавливать исходную структуру, разрушенную механическим воздействием

Его концентрация в водной фазе снижается по мере роста поверхности, например, при повышении содержания жира, увеличения скорости или продолжительности куттерования. Для мясной системы это означает следующее.

При небольшом содержании мясных белков и высоком содержании жира в системе, растворимого белка может оказаться недостаточно для стабилизации образовавшейся поверхности (рис. 15). Вследствие этого частицы жира будут коалесцировать (объединяться) на стадии приготовления фарша либо при термической обработке, которая ускоряет процесс коалесценции. Может наблюдаться и другая ситуация, когда для стабилизации поверхности частиц жира достаточно белка, но его концентрация в водной фазе мясной системы падает ниже критической концентрации гелеобразования вследствие адсорбции. Это отрицательно сказывается на свойствах фарша, а так же на структурно-механических и органолептических свойствах готового продукта.

При недостаточном количестве мясных белков в фарше (высокое содержание жира в рецептуре мясных продуктов, денатурация мясных белков при хранении сырья в замороженном состоянии, использовании мяса птицы механической дообвалки) или замене части мясного сырья на препараты белков разного происхождения, последние, хотя бы частично, должны выполнять функции мясных белков.

Очень важное значение, при выборе белкового препарата для замены мясного сырья, имеет конкурентная адсорбция белков на поверхности частиц жира в системе вода/жир. Суть явления заключается в том, что при диспергировании жира в присутствии нескольких видов белков на поверхности раздела фаз адсорбируются преимущественно более поверхностно-активные белки. В частности, поверхностная активность мясного белка, миозина существенно выше, чем других пищевых белков.        Таким образом при эмульгировании жира в присутствии мясных белков и любого другого пищевого белка (растительного или животного происхождения), поверхность частиц жира будет стабилизироваться преимущественно миозином, а пищевой белок (растительного или животного происхождения) останется в водной фазе.

Если при этом пищевой белок, оставшийся в водной фазе не обладает хорошими свойствами гелеобразования и вязкость полученного фарша ниже вязкости фарша образованного миозином, возникает риск бульонных отеков.

Для решения этой проблемы, белковые препараты, используемые для замены мясного сырья, следует применять в виде белково-жировых эмульсий.

В этом случае, в процессе приготовлении белково-жировой эмульсии, необходимое по рецептуре количество жира, эмульгируется пищевым белком (растительного или животного происхождения). И последующее добавление готовой эмульсии в процессе приготовления фарша приводит к тому, что мясные белки в системе полностью расходуются на гелеобразование [15, 42].

1.5.1. Приготовление белково-жировой эмульсии

Белково-жировую эмульсию готовят в соотношении: часть белка; часть воды на гидратацию белка и такое же количество жира.

Жир используют различный: говяжий и свиной жир-сырец, шпик, обрезки шпика, щековину, свиную или говяжью пашину, топленый жир – говяжий, свиной, костный,  рафинированное растительное масло. Рекомендуется перед использованием жиросодержащее сырье измельчить на волчке с диаметром отверстий решетки 3 – 5 мм. Наиболее оптимальным соотношением белка, воды и жира при приготовлении белково-жировой эмульсии является: 1 : 5 : 5.

Эмульсии готовят в следующей последовательности: в куттер наливают необходимое для гидратации белка количество холодной воды, добавляют белок и куттеруют в течение 3 – 5 минут, затем добавляют жир и куттеруют в течение 3 – 5 минут до образования сметанообразной консистенции. Для снижения температуры эмульсии рекомендуется часть воды заменить на лед.

При наличии большого количества внутреннего, топленого или говяжьего жира белково-жировую эмульсию готовят в горячем виде в соотношении

1 : 4 : 4 (1,25 : 5 : 5).

Последовательность закладки компонентов: 4 части жира загружают в куттер и измельчают его до однородной массы. Затем загружают 1 часть белка, массу перемешивают и заливают 4-мя частями горячего бульона или воды с температурой 70 – 75 °С и куттеруют до получения однородной эластичной эмульсии. Рекомендуется добавлять в белково-жировую эмульсию эмульгатор в количестве 1,5 – 2 %  от общей массы. Полученную эмульсию выгружают в емкости и направляют на охлаждение или охлаждают добавлением льда при куттеровании уменьшив количество вводимого бульона.

В белково-жировых эмульсиях жир получают в связанном виде, что исключает образование бульонно-жировых отеков на готовых колбасах.
Белково-жировую эмульсию рекомендуется применять в количестве от 15 %,

до 30 – 40 % [38, 54].

1.5.2. Основное сырье, используемое

для получения белково-жировых эмульсий

В соответствии с Директивой 74/329 ЕС в группу функциональных добавок входят вещества, которые связывают воду и обеспечивают возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух или более несмешивающихся веществ. При этом пищевая коллоидная система теряет свою подвижность, в результате чего происходит изменение консистенции продукта [11].

В пищевой промышленности широко применяются такие функциональные добавки, как: мука зерновых и зернобобовых культур, крахмалы, препараты на основе коллагенсодержащего сырья, молочные белки, загустители растительного происхождения – гидроколлоиды (каррагинаны, камеди).

Основные функционально-технологические свойства перечисленных препаратов представлены в табл. 8.

1.5.2.1. Белки животного происхождения

Коллагеновые препараты. Вырабатывают с помощью теплового и ферментативного гидролиза. Обладают  нейтральным запахом и вкусом.

Полноценные животные белки значительно превосходят растительные по биологической ценности и лучше сбалансированы по аминокислотному составу. Животные белки обладают высокой водоудерживающей способностью (образуют стабильные гели с водой в соотношении 1 : 30). Они – хорошие эмульгаторы, позволяют перерабатывать малоценное жиросодержащее сырье (жир-сырец, жировая обрезь, шкурка и т.п.). Животные белки повышают органолептические свойства готового продукта: сочность, внешний вид; предотвращают бульонно-жировые отеки, увеличивают выход; позволяют снизить себестоимость продукции

Препараты из крови.  Препараты из крови, содержащие фибриноген, обладают свойством образовывать прочный термонеобратимый гель, что важно при производстве сосисок и сарделек, консистенция которых останется упругой после отваривания [25].

Молочно-белковые препараты. Для их производства используют вторичные продукты переработки молока.

Казеинаты – продукт осаждения казеина. Казеинаты – эффективные природные эмульгаторы, они образуют на поверхности частиц жира эластичную и устойчивую при тепловой обработке мембрану, которая предохраняет жировые шарики от слипания и плавления. Часть влаги оказывается связанной в прочную эмульсию. Казеинат натрия получают путем растворения сухого или свежеосажденного казеина под действием солей  или гидроксида натрия [10, 15].

Копреципитат – продукт совместного осаждения казеина и сывороточных белков, получаемых путем термокислотной коагуляции. Копреципитат по аминокислотному составу не уступает белку говядины.

Копреципитат обладает оптимальными для фаршевых систем функционально-технологическими характеристиками: содержание максимального количества белка, минимального – жира и углеводов, значение кислотности рН близкое к нейтральному, растворимость, наличие диспергирующей, эмульгирующей, водосвязывающей и гелеобразующей способностей, высокие санитарно-гигиенические показатели, отсутствие постороннего привкуса и запаха.

По данным исследований Тихомирова В.А. и Зембильготова А.Г., содержание копреципитата в составе мясного фарша позволяет затормозить окислительную порчу жира (рис. 16) [52].

Кроме того, копреципитат имеет кальциевую основу, поэтому его использование позволяет увеличить вязкость фарша в процессе переработки и увеличить содержание кальция в готовом продукте и [12, 34, 52-].

Функционально-технологические характеристики копреципитатов зависят от их растворимости. Растворимый низкокальциевый копреципитат обладает повышенной ВСС, эмульгирующей способностью, а так же имеют лучшие органолептические показатели и консистенцию, по сравнению с казеинатом Na, что позволяет заменять до 10% мяса.

1.5.2.2. Белки растительного происхождения

Соевые белки. Соевые белки обладают рядом полезных свойств: антихолестеринемическим и противораковым эффектом, который обусловлен присутствием изофлавонов¹⁶ (дайдзеин, генестеин, глицитеин) и олигосахаридов (рафиноза¹⁷, стахиоза¹⁸); противодиабетическими свойствами благодаря содержанию пищевых волокон; антиостеопорозными свойствами – вследствии пониженного содержания серусодержащих аминокислот; улучшают память благодаря соевому лецитину [35].

Одним из главных достоинств соевых препаратов как функциональных добавок является их гелеобразующая способность. При денатурации белки, входящие в состав большинства промышленных соевых препаратов, переходят в растворимое состояние и при охлаждении образуют гель. Таким образом способность структурировать мясные системы за счет связывания влаги является одним из основных достоинств соевых препаратов.

Изоляты горохового белка. Белки гороха полноценны, сбалансированы по незаменимым аминокислотам.

Изоляты горохового белка не образует геля. При изготовлении паштетов изолят горохового белка способствует стабильности эмульсии (даже при высоком  содержании жирного сырья в рецептуре) и получению мажущей консистенции конечного продукта [23, 26].

Мука гороховая, текстурированная. Вырабатывается из продовольственного шелушенного целого или колотого гороха.

Мука ячменная, текстурированная.  Вырабатывается из ячменя или перловой крупы. По показателям "жиросвязывающая способность" и "влагосвязывающая способность" превосходит некоторые виды соевых концентратов и изолятов (табл. 8).

В состав злаковых входит инозитфосфорная кислота, образующая с фосфором и кальцием неусвояемые соединения [16].

Табл 8.

1.5.3. Перспективы использования говяжьей печени в составе

белково-жировых эмульсий

Др. техн. наук Ю.Н. Нелеповым на базе результатов собственных исследований и анализа экспериментальных данных, полученных другими авторами (Жаринов А.И., Липатов Н.Н., Мадалиев И.К.) [24], была осуществлена дифференциация мясного сырья и субпродуктов на пять условных групп с учетом диапазонов численных значений отдельных показателей функционально-технологических свойств (ФТС) (табл. 9).

Таблица 9

Диапазоны значений ФТС для дифференциация мясного сырья

и субпродуктов на группы [24]

В соответствии с предложенной градацией, позволяющей идентифицировать сырье по уровням ФТС (5 группа – очень высокие свойства; 4 группа – высокие свойства; 3 группа – средние; 2 – ниже среднего;

1 – низкие), была разработана классификация (табл. 10), предназначенная для определения условий совместимости компонентов в рецептурах при проведении процесса конструирования мясопродуктов.

Согласно данной классификации по показателям ВУС и ВСС печень до и после термообработки относится к 3 группе; по показателю ВПС термообработанная печень относится ко 2 группе, а по показателю ЖУС – к 4 группе; показатели пластичности сильно варьируют в зависимости от степени переработки: для сырой печени пластичность максимальная – 5 группа, независимо от степени измельчения,

для термообработанной печени показатели пластичности зависят от степени измельчения, по этим показателям печень со степенью измельчения 3 мм относится к 1 группе, а печень со степенью измельчения 0,1 мм (куттер) ко 2 группе.

Из вышесказанного следует вывод, что печень в сыром виде имеет хорошую влагосвязывающую способность и пластичность, но при этом не поглощает воду и не удерживает жир, таким образом сырая печень не может быть использована в качестве эмульгатора для создания белково-жировой эмульсии, основной функцией которой в составе фарша является эмульгирование жира.

С другой стороны, термообработанная печень обладает хорошей влагоудерживающей, жироудерживающей и водопоглащающей способностью, причем по показателю ЖУС печень не уступает говядине высшего сорта

(табл. 10), таким образом термообработанная печень обладает всеми необходимыми функционально-технологическими показателями предъявляемыми к белковым добавкам для создания белково-жировых эмульсий.

Табл. 10 фтс

Выводы

Анализ литературы показал, что:

• химический состав говяжьей печени характеризуется высоким содержанием белка – 17,36 %, это больше, чем во всех остальных субпродуктах I категории (мозги, почки, легкие); она обладает самым высоким белковым показателем – 9,5.

В говяжьей печени содержится 1 % железосодержащих белков, из которых в состав феррина входит – 15,7 % органически связанного Fe³⁺, в состав ферритина – 21,1 % и фермент гомосидерин, содержащий до 50 % Fe³⁺.

Углеводы говяжьей печени представлены гликогеном – от 4 до 17 %.

Содержание жира составляет – 4,8 – 8,0 %.

Говяжья печень является витаминосодержащим продуктом – в ней содержатся практически все витамины группы В, ретинол, токоферол и витамин РР.

Говяжья печень богата такими макроэлементами как – калий, фосфор, сера, а также микроэлементами – железо, цинк, медь.

Таким образом включение печени в состав мясных продуктов (особенно вареных колбас) позволит повысить пищевую ценность последних, увеличив содержание таких элементов как Fe³⁺, жирорастворимых витаминов, в частности витамина А, и водорастворимых витаминов, в частности витамина В₁₂.

• учитывая явление конкурентной адсорбции белков на поверхности частиц жира в фаршевой системе, считаем, что целесообразным является вносить в состав фарша дополнительные пищевые белки в составе белково-жировой эмульсии, что обеспечит предварительное эмульгирование жира с образованием стабильной эмульсии и предотвратит использование гелеобразующих миофибриллярных белков на эмульгирование.

• функционально-технологические свойства печени сильно зависят от степени переработки (сырая или термообработанная печень) и степени измельчения (волчок или куттер). Как компонент для создания белково-жировой эмульсии по своим функционально-технологическим свойствам (ФТС) подходит только термически обработанная печень.

2. Экспериментальная часть

Целью проведенных нами исследований была разработка белково-жировой эмульсии на основе говяжьей печени и ее применение в производстве вареных колбасных изделий.

2.1. Материалы и методы

2.1.1. Сырье

Печень говяжья. Исследования проводились на свежей говяжьей печени. Консистенция печени – плотная, цвет – светло-коричневый, запах – свойственный свежей говяжьей печени, без посторонних запахов. В экспериментах по определению функционально-технологических свойств свежей говяжьей печени использовалось 4,5 кг свежей говяжьей печени. Печень хранилась при температуре 0 – 4⁰ С не более 3 дней.

Говядина 1 сорта. Как основное сырье для создания контрольного и опытных образцов использовали говядину 1 сорта в охлажденном состоянии, продолжительность созревания не менее 48 часов. Температура в толще не более 4 ⁰С. Консистенция мышечной ткани плотная. Поверхность сухая, чистая без слизи. Содержание соединительной ткани – не более 20 %.

Жир свиной топленый. В рецептуре контрольного и опытных образцов использовали топленый свиной жир. Топленый свиной жир получали из свиного жира-сырца с голов путем измельчения, перетопки и охлаждения. Температура хранения топленого жира 0 – 4 ⁰С не более 1 месяца.

Молоко сухое обезжиренное. Молоко, использованное в составе контрольного и опытных образцов соответствовало стандартным требованиям: вкус и запах свойственные свежему пастеризованному молоку без каких-либо посторонних привкусов и запахов; консистенция - сухой мелкодисперсный порошок с незначительным количеством легко рассыпающихся комочков.

Соевый изолят «Pro-Vo». Соевый изолят использовали в составе контрольной белково-жировой эмульсии. Препарат представляет собой мелкодисперсный порошок светло-кремового цвета с нейтральным вкусом Содержание белка не менее 90 %.

 Ореховое масло «PINTO-MOLD» (Австрия).  Пищевая ценность 100 г продукта: жира – 99,9 г (в том числе ненасыщенные жирные кислоты – 92 %); минеральные вещества – 869 мг (в том числе I₂– 3,1 мкг); витамины (мг %): Е – 41, В₁ – 0,26, В₆ – 0,78, С – 2,8, β-каротин – 0,05. Энергетическая ценность – 889 ккал.

2.1.2. Приборы и оборудование

Аналитические весы типа АДВ-200М.

Центрифуга типа Metrimex.

Механическая мясорубка с перфорированной пластиной, диаметр отверстий которой не превышает 4 мм.

Элетромясорубка.

Иономер универсальный типа ЭВ-74.

Электрод сравнения – хлорсеребряный.

Стеклянный электрод селективный по водороду.

Держатель для электродов.

Мешалка магнитная.

Центифужные пробирки.

Термостат водяной типа 1ТЖ-0-03.

Беззольная фильтровальная бумага.

Конические колбы на 250 мл.

Воронки.

Фильтровальная бумага.

Клещи.

Цилиндры на 50 мл, 200 мл.

2.1.3. Расчетные методы исследования

Аминокислотный скор. Для определения пищевой ценности белка какого-либо продукта, для каждой аминокислоты, входящей в состав данного белка рассчитывают аминокислотный скор – индекс биологической ценности, на основании сопоставления количества незаменимых аминокислот в продукте с данными эталона, предложенного ФАО/ВОЗ.
Аминокислотный скор определяют по формуле:

где АК_пр – содержание незаменимой аминокислоты в 1 г исследуемого белка, мг;

АК_ст – содержание той же аминокислоты в 1 г стандартного (идеального) белка, мг; 100 – коэффициент пересчета в проценты.

Лимитирующей биологическую ценность аминокислотой считается та, скор которой наименьший.

Коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС,%). Показывает среднюю величину избытка аминокислотного скора незаменимых аминокислот по сравнению с наименьшим уровнем скора какой-либо незаменимой аминокислоты (избыточное количество незаменимых аминокислот не используется на пластические нужды):

КРАС = ΣΔРАС_j/n

где ΔРАС – различие аминокислотного скора аминокислоты;

ΔРАС_j = С_j - С_min

здесь С_i – избыток скора аминокислоты; С_min – минимальный из скоров незаменимых аминокислот исследуемого белка по отношению к эталону, %;

n – количество незаменимых аминокислот.

Биологическую ценность (БЦ) пищевого белка (%) определяют по формуле:

БЦ =100 – КРАС.

Коэффициент БЦ характеризует качество белкового компонента продукта, обусловленное как степенью сбалансированности состава аминокислот, так и уровнем перевариваемости и ассимиляции белков в организме.

Коэффициент утилитарности аминокислотного состава имеет практическое значение, так как возможность утилизации аминокислот организмом предопределена минимальным скором одной из них.

Коэффициент утилитарности j-й аминокислоты рассчитывают по формуле:

а_j = С_min/С_j,

где С_j – скор j-й аминокислоты по отношению к эталону, %

Коэффициент утилитарности j-й аминокислоты используют для расчета коэффициента утилитарности аминокислотного состава (Y), который является численной характеристикой, достаточно полно отражающей сбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к эталону:

где А_j – содержание j-й незаменимой аминокислоты в продукте, г/100 г белка;

а_j - коэффициент утилитарности j-й аминокислоты, %

2.1.4. Физико-химические методы исследования

2.1.4.1. Определение активной кислотности, рН

Потенциометрический метод [21]

Определение рН растворов потенциометрическим методом основано на измерении потенциала стеклянного электрода, опущенного в исследуемый раствор.

Стеклянный электрод является индикаторным электродом. Потенциал стеклянного электрода измеряется относительно хлорсеребряного электрода, который служит электродом сравнения (потенциал электродов сравнения постоянный при данной температуре и концентрации аниона).

Электроды подключаются к соответствующим клеммам иономера ЭВ-74, укрепляются на держателе и опускаются  в раствор на 15 – 20 мм. На передней панели прибора ручка переключателя рода работ устанавливается в положение рН. Ручкой температурной компенсации устанавливается температура раствора. Ручка переключателя диапазона измерений устанавливается в положение - 1 + 14 (самая грубая шкала). После этого включается в сеть прибор.

В зависимости от значений рН по грубой шкале выбирается более узкий диапазон измерения (4 – 9).

Для получения правильных показаний прибора его настраивают по буферу (буфер с точным показанием рН). Для этого в стакан наливают стандартный буфер, например с рН 1,68. Электроды промывают дистиллированной водой, наливая ее из промывалки на верхнюю часть электродов, промокают фильтровальной бумагой и погружают в буферный раствор на 15 – 20 мм. Переключают предел измерения на – 1 + 4 и ручкой «настройка по буферу» вращают до тех пор, пока стрелка на шкале прибора не покажет значение 1,68.

рН мяса и мясопродуктов определяют в водной выдержке, приготовленной в соотношении 1 : 10 (25 г мясопродуктов и 250 мл дистиллированной воды). Смесь настаивают 30 мин при периодическом перемешивании и фильтруют через бумажный фильтр. Проводили четыре параллельных определения.

2.1.4.2. Определение содержания влаги высушиванием до постоянной массы [12, 21]

Исследуемый препарат сушат в вакуум-сушилке типа – SPT-200 при 100 – 105⁰ С, для чего в чистый весовой алюминиевый стаканчик, предварительно высушенный в шкафу до постоянной массы, отвешивают точно навеску исследуемого препарата и помещают в сушильный шкаф.

Первый раз препарат взвешивают через 1 – 4 ч, а затем через 30 мин до тех пор, пока последующая масса не будет отличаться от предыдущей на величину 0,005 – 0,001 г. Если последующая масса больше предыдущей, то высушивание прекращают, а для расчета принимают наименьшую массу.

Перед взвешиванием весовой стаканчик охлаждают в эксикаторе 15 – 20 мин. Высушивают продукт в открытом стаканчике, охлаждают и взвешивают – в закрытом.

При высушивании с песком в весовой стаканчик помещают стеклянную палочку с оплавленными концами такого размера, чтобы крышка закрывалась, 5 – 10 г специально подготовленного песка и высушивают до постоянной массы, затем вносят навеску. Содержимое стаканчика тщательно перемешивают и высушивают.

Содержание влаги вычисляют по формуле:

Где а – навеска с весовым стаканчиком до высушивания (плюс песок и стеклянная палочка), г;

 b – навеска с весовым стаканчиком после высушивания, г;

 с – масса навески, г;

2.1.4.3. Определение влагосвязывающей способности (ВСС) печени

Метод прессования

Тенденция белков к связыванию воды объясняется способность гидрофильных центров белка к взаимодействиям с диполями воды.

Влагосвязывающая способность отражает процент прочно связанной воды в продукте относительно ее общего содержания в этом продукте.

Навеску печени, измельченной на мясорубке с диаметром отверстий решетки 3 мм массой примерно 0,3 г взвешивают на аналитических весах на кружке их полиэтилена. Кружок из полиэтилена со взвешенной навеской помещают на стеклянную пластинку навеской к верху.

Сверху навеску накрывают беззольным фильтром, предварительно выдержанном в течении трех суток в эксикаторе, и стеклянной пластиной, такой же, что и нижняя. Устанавливают груз массой 1 кг и выдерживают в течении 10 минут. После этого снимают груз, верхнюю стеклянную пластинку и карандашом очерчивают контур пятна вокруг печеночного фарша.

Внешний контур вырисовывается при высыхании фильтровальной бумаги на воздухе. Площади пятен, образованные печеночным фаршем и адсорбированной влагой, измеряют линейкой.

Размер влажного пятна вычисляют по разности между общей площадью пятна и площадью пятна, образованного печеночным фаршем. Экспериментально установлено, что 1 см² площади влажного пятна фильтра соответствует 8,4 мг влаги.

Массовую долю связанной влаги в образце вычисляют по формулам:

где χ₁ – массовая доля связанной влаги, % к массе мяса; χ₂ – массовая доля связанной влаги, % к общей влаге; М – общая масса влаги в навеске, мг [М = (300 мг × ω %)/100 %; S – площадь влажного пятна, см²; m₀ – масса навески фарша, мг.

2.1.4.4. Определение влагоудерживающей способности [26]

Влагоудерживающая способность белкового препарата отражает его способность удерживать воду в процессе термообработки.

Навеску тщательно измельченной сырой печени массой примерно 4 – 6 г равномерно наносят стеклянной палочкой на внутреннюю поверхность широкой части молочного жиромера (бутирометра). Его плотно закрывают пробкой и помещают узкой частью вниз на водяную баню при температуре кипения на 15 минут, после чего определяют массу выделившейся влаги по числу делений на шкале жиромера.

Влагоудерживающая способность мяса (%)

ВУС = В – ВВС,

Влаговыделяющая способность мяса (%)

ВВС = anm^-1×100,

где В – общая массовая доля влаги в навеске, %; a – цена деления жиромера, a = 0,01см³ ; n – число делений на шкале жиромера; m – масса навески, г.

 2.1.4.5. Определение эмульгирующей способности и

стабильности эмульсии [26, 29]

Навеску исследуемого препарата суспензируют в дистиллированной воде в соотношении 7 г печени и 100 см³ воды в гомогенизаторе  ОС-6М (Россия) при частоте вращения 66,6 с^-1 в течение 60 с. К полученной суспензии добавляют рафинированное растительное масло 100 см³ и смесь эмульгируют в гомогенизаторе  при частоте вращения 1500 с^-1 в течение 5 мин. Полученную эмульсию разливают в 4 калиброванные центифужные пробирки вместимостью по 50 см³ и центрифугируют при 500 с^-1 в течение 10 мин в центрифуге Metrimex. Далее определяют объем эмульгированного масла. (7 г + 100 г + 100 г = 207 г, т.е. 48,3 % жировой фазы)

Эмульгирующая способность (%)

где ν₁ – объем эмульгированного масла, см³; ν – общий объем масла, см³.

Стабильность эмульсии определяется путем нагревания при температуре 74 – 76 ⁰С в течение 15 мин в соответствии с технологическими режимами переработки мясного сырья. Эмульсии охлаждают холодной водой до комнатной температуры и выдерживают 2 ч. Полученные эмульсии центрифугируют 15 мин на центрифуге Metrimex при 2500 об/мин.

Далее определяют объем эмульгированного слоя.

Стабильность эмульсии (%)

где ν₁ – объем эмульгированного масла, см³; ν – общий объем эмульсии, см³.

2.1.4.6. Определение жироудерживающей способности [29]

Жироудерживающая способность  (ЖУС) – это максимальное количество добавляемого масла, при котором не наблюдается отделение масляной фазы в процессе испытания.

В пластиковые центрифужные пробирки емкостью 50 мл помещают 2 г исследуемого препарата и добавляют от 0,5 до 1,0 г рафинированного растительного масла с интервалом 0,1 г. Содержимое пробирок перемешивают стеклянными палочками в течении 10 мин, после чего пробирки с суспензиями препарата выдерживают 15 мин в термостате при температуре 74 – 76 ⁰С, продолжая перемешивать. После термостатирования пробирки охлаждают холодной водой до комнатной температуры и центрифугируют на центрифуге Metrimex при 1500 об/мин в течении 15 мин.

За величину жироудерживающей способности принимают максимальное количество добавленного масла, при котором не наблюдается отделения масляной фазы в процессе испытания, в пересчете на 1 г препарата. Жироудерживающую способность выражают в граммах масла на грамм препарата.

2.1.4.7. Определение водопоглощающей способности [29]

Коэффициент поглощения воды определяют следующим образом. Навеску исследуемого продукта массой 2,5 г взвешивают с точностью 0,01 г, помещают в коническую колбу, заливают 50 мл дистиллированной воды температурой 15 – 20 ⁰С и оставляют стоять для набухания (25 – 30 мин), после чего содержимое стакана фильтруют через предварительно подготовленную и взвешенную воронку с фильтром. Воронку с фильтром готовят следующим образом: в химическую воронку помещают бумажный фильтр и заливают 50 мл дистиллированной воды температурой 15 – 20 ⁰С и для стекания избытка воды оставляют на 30 мин и затем воронку и фильтр взвешивают.

После фильтрования воронку с фильтром и осадком оставляют на 30 мин для стекания воды и взвешивают воронку с набухшим продуктом. Коэффициент поглощения воды вычисляют по следующей формуле, % к исходной массе:

Где а – масса воронки с фильтром и испытуемой навеской после набухания, г;

 b – масса пустой воронки с фильтром через 30 мин после заливки водой, г;

 с – масса навески до набухания, г;

2.2. Результаты исследования

Результаты расчета аминокислотных скоров и коэффициента утилитарности аминокислотного состава белков говяжьей печени представлены в таблице 11.

Из таблицы видно, что лимитирующей аминокислотой для белков говяжьей печени является фенилаланин, скор которой равен 78,1 %.

Меньшая возможность утилизации незаменимых аминокислот в составе белка пищевого продукта организмом наблюдается тогда, когда их скоры максимальны или наиболее близки к максимальному.

То есть в случае с белками говяжьей печени , меньше всего человеческий организм сможет использовать на пластические нужды следующие незаменимые аминокислоты: триптофан – скор которого равен 145,5 % (67,4 % триптофана выведется из организма), треонин – скор которого равен 137,0 % (59,1% треонина выведется из организма) и лейцин – скор которого равен 128,0 % (50,5% лейцина выведется из организма).

В общем, недостаток фенилаланина ограничивает утилизацию незаменимых аминокислот человеческим организмом в среднем на 45,6%.

В следствии чего, биологическая ценность (БЦ) белка говяжьей печени равна

54,4 %, а коэффициента утилитарности аминокислотного состава равен 0,69 (рис. 17).

Решением этой проблемы может стать применение биологически активных добавок (БАД – 6.10.1.1*), содержащих фенилаланин или использование говяжьей печени в составе с продуктами богатыми данной аминокислотой.

* - источники преимущественно белка и аминокислот.

2.2.1. Определение функционально-технологические свойств

говяжьей печени

Для создания белково-жировой эмульсии на основе говяжьей печени нами были изучены функционально-технологические свойства сырья – свежей говяжьей печени.

Полученные нами данные представлены в таблице 12, там же, для наглядности, представлены данные, полученные др. техн. наук Ю.Н. Нелеповым для мороженной печени, хранившееся при t = - 23 ⁰С в течении

21 – 25 суток и размороженной в воздушной среде при 18 ± 2 ⁰С [24]. Вид печени не указан.

Методики определения функционально-технологических свойств говяжьей печени представлены выше.

Из таблицы видно, что в свежей говяжьей печени массовая доля влаги (ω) и способность связывать эту влагу (ВСС) выше, чем у размороженной печени, соответственно: массовая доля влаги больше на 2,86 %, а ВСС _3мм и ВСС _куттер

больше на 8,4 % и 11 % к общей влаге, соответственно. Учитывая, что ВСС в первую очередь зависит от состояния белков, можно предположить, что в процессе хранения печени в мороженном состоянии произошло нарушение структуры белков печени, что отрицательно сказалось на их ВСС.

Водопоглощающая способность (ВПС) термообработанной печени повышается в зависимости от степени измельчения на  5,6 % (с 18,0 % для степени измельчения 3 мм до 23,6 % для степени измельчения – куттер).

Можно предположить, что это влага, поглощенная системой пор и капилляров, образующихся при термической обработке измельченной печени, сопровождающейся денатурацией и коагуляцией белковых веществ, что и способствует развитию системы пор и капилляров [25].

Жироудерживающая способность (ЖУС) для термообработанной печени  повышается в зависимости от степени измельчения (3 мм – куттер) на 0,7 %

(по нашим данным, для свежей говяжьей печени) и на 1,9 % (по данным Ю.Н. Нелепова, для размороженной печени).

Появление ЖУС у термообработанной печени по сравнению со свежей можно так же объяснить образованием системы пор и капилляров в процессе термической обработки.

Влагосвязывающая способность (ВСС) определяет свойства мясного сырья на различных стадиях его технологической обработки и влияет на водоудерживающую способность (ВУС) вырабатываемых из него различных готовых мясопродуктов.

Из таблицы видно, что для свежей говяжьей печени ВУС _3мм на 4,6 % выше, чем ВУС _3мм для размороженной печени, разница в 12,7 % наблюдается и для ВУС _куттер для свежей говяжьей печени и размороженной печени.

Эмульгирующая способность (ЭС) и стабильность полученной эмульсии (СЭ) зависит от обработки и степени измельчения печени. ЭС _3мм повышается на  2,01 %, а ЭС _куттер на  1,37 % посте термической обработки. Стабильность эмульсии СЭ _3мм повышается на 11,81%, а СЭ _куттер на 12,9 % посте термической обработки.

Для систематизации полученных данных мы воспользовались классификацией предложенной др. техн. наук Ю.Н. Нелеповым для дифференциации мясного сырья на группы, по показателям ФТС (таблица 9).

Согласно этой классификации по показателю ВУС _3мм термообработанная говяжья печень относится к 3 группе, а по показателю ВУС _куттер – к 4 группе. Для сравнения говядина высшего и 1 сорта по показателю ВУС _3мм относится к 3 группе, а по показателю ВУС _куттер – к 4 группе, а нежирная и полужирная свинина по показателю ВУС _3мм и показателю ВУС _куттер – к 3 группе (табл. 10).

По показателю ВПС _3мм и показателю ВПС _куттер  термообработанная говяжья печень относится ко 2 группе. Для сравнения термообработанная говядина высшего сорта по показателю ВПС _3мм относится к 3 группе, а по показателю ВПС _куттер – ко 2 группе, а нежирная и полужирная термообработанная свинина по показателю ВПС _3мм относится ко 2 и 3 группе, а по показателю ВПС _куттер – только ко 2 группе (табл. 10).

По своей ЖУС _3мм говяжья печень превосходит говядину высшей категории и нежирную свинину на 1 пункт, а полужирную и жирную свинину на 2 пункта.

Следует отметить, что показатель жироудерживающей способности (ЖУС) сырой говядины высшего и первого сортов со степенью измельчения – куттер, равен 5, тот же показатель для нежирной и полужирной свинины равен 4.

В результате анализа полученных данных сделали выводы, что:

• при содержании в белково-жировой эмульсии жировой фазы 48,3 % (согласно условиям метода определения ЭС и СЭ) после термической обработки этой композиции наблюдалось ее расслоение по фракциям (табл. 12);
• для получения мясопродукта высокого качества, говяжью печень следует использовать в качестве основы для белково-жировой эмульсии в составе с сырьем обладающим высокой эмульгирующей способностью, например соевые изоляты или концентраты или следует уменьшить количество добавляемой жировой фазы (табл. 8);
• для компенсации низкого показателя ВПС говяжьей печени (табл. 12) следует использовать в составе с сырьем обладающим высоким показателем ВПС, к такому сырью относится сырая говядина высшего и первого сортов для которых показатель ВПС _куттер равен 5, а ВПС _3мм – 4, или нежирная и полужирная свинина, для которых показатель ВПС _куттер равен 4 (табл. 10).

Таблица 12

Основные функционально-технологические

свойства говяжьей печени

2.2.2. Создание белково-жировой эмульсии

на основе говяжьей печени и исследование ее ФТС

В качестве сырья для получения белково-жировой эмульсии (БЖЭ) были использованы: печень говяжья бланшированная, топленый жир свиной и вода питьевая.

Для получения белково-жировой эмульсии, свежую говяжью печень полученную от здоровых животных, плотной консистенции, светло-коричневого цвета подвергали предварительной обработке (жиловке) после чего измельчали на куски массой 50 – 70 г, промывали в проточной воде в течении 2 часов и бланшировали в соотношении 1 : 2 в течении 20 – 30 мин до получения серого цвета на срезе.

Бланшированную печень охладили в проточной воде, дали стечь, после чего измельчили на механической мясорубке с перфорированной пластиной, с диаметром отверстий 3 мм.

После этого, в блендер (электромясорубка) налили необходимое для гидратации печени количество холодной воды, добавили измельченную на мясорубке печень и куттеровали в течение 5 минут, затем добавили топленый свиной жир и  куттеровали в течение 5 минут до образования сметанообразной консистенции.

Соотношение компонентов бланшированная говяжья печень: вода: жир –

1 : 5 : 5, что составляло 45,5 % жировой фазы.

Изучение ФТС полученной белково-жировой эмульсии на основе говяжьей печени, позволило установить, что при содержании в БЖЭ жировой фазы 45 % наблюдалось ее расслоение по фракциям (табл. 13) поэтому возникает необходимость дополнительного введения в ее состав ингредиентов, обладающих высокой эмульгирующей способностью, например соевых белковых изолятов.

Таблица 13

Функционально-технологические свойства

белково-жировых эмульсий

Для того, чтобы найти оптимальное соотношение компонентов белково-жировой эмульсии с добавлением соевого изолята, приготовили серию белково-жировых эмульсий с разным содержанием говяжьей печени и соевого изолята: 90/10, 80/20, 70/30, 60/40 и 50/50, где первая цифра обозначает количество бланшированной говяжьей печени (БГП), а вторая – количество соевого изолята (СИ).

Компоненты эмульсии смешивали в следующей последовательности: вода питьевая холодная, соевый изолят, печень бланшированная говяжья, жир свиной топленый.

Эмульсию можно приготовить так же горячим способом с последующим охлаждением до температуры не выше 4⁰С.

Полученная многокомпонентная белково-жировая эмульсия имела светло-серый цвет, приятный запах и не расслаивалась в процессе хранения в течение 48 часов при t = 0 – 4 ⁰С.

Результаты исследования ФТС приготовленных многокомпонентных эмульсии представлены в виде диаграммы (рис. 18).

В диаграмме наглядно изображено влияние содержания соевого изолята на ФТС многокомпонентной эмульсии, видно, что ее влагоудерживающая способность возрастает с увеличением количества вносимого изолята.

Сочетание животного и растительного белоксодержащего сырья в соотношении 50: 50 позволяет получать белково-жировую эмульсию, обладающую стабильными свойствами, при содержании жирового компонента 45 %.

2.2.3. Использование многокомпонентной белково-жировой эмульсии

в составе вареных колбас I сорта

Для выработки вареных колбасных изделий I сорта использовали многокомпонентную белково-жировую эмульсию в которой сочетание животного и растительного белоксодержащего сырья составило 50: 50, так как при таком соотношении животного и растительного белоксодержащего сырья в составе белково-жировой эмульсии достигается наибольшая ее стабильность (рис. 18), что очень важно при выработке вареных колбасных изделий.

При создании рецептурного состава белково-жировой эмульсии учитывали необходимость сохранения в жировом компоненте оптимального соотношения жирных кислот, (%): насыщенных – 30, мононенасыщенных – 60, полиненасыщенных – 10. Для этого в состав добавки были введено  ореховое масло в количестве 10 % к массе жирового компонента.

Соотношение компонентов белково-жировой эмульсии выбрали следующее: печень говяжья бланшированная – 4,5 %, соевый белковый изолят – 4,5 %, топленый свиной жир – 40,5 %, масло   ореховое – 5 %, вода – 35,5 %, бульон – 10 %.

Ее добавляли в количестве от 5 % до 25 %  вместо полужирной свинины.

В качестве контроля по традиционной технологии вырабатывали вареную колбасу I сорта «Обыкновенную»:

Вареные колбасы готовили по стандартной технологии, белково-жировую эмульсию добавляли перед добавлением в куттер жирного сырья и специй. Закладка ингредиентов в фарш производилась в следующей последовательности: свинина полужирная; раствор нитрита натрия; соль; 1/3 воды; белково-жировая эмульсия; 2/3 воды; говядина жилованная жирная; специи.

Далее исследовали ФТС полученной композиции. Результаты исследования представлены в таблице 14.

Таблица 14

Функционально-технологические свойства сырого и термообработанного фарша вареной колбасы «Обыкновенная»

без белково-жировой добавки и

с использованием белково-жировой добавки

в количестве от 5 до 25 %

Из таблицы видно, что с увеличением процентного содержания многокомпонентной белково-жировой эмульсии значение рН сырого фарша и термообработанного продукта увеличивается, что положительно сказывается на ВСС и ВУС белков мяса, так как с повышением значения рН увеличивается интервал между величиной рН среды и изоэлектической точкой белков мяса.

С другой стороны величина рН среды сырого и термообработанного фарша не доходит до зоны изоэлектрических точек белков печени, которая лежит в интервале значений рН от 6,85 до 7,3.

Согласно требованиям, предъявляемым к готовой продукции, содержание влаги в вареных колбасных изделиях не должно превышать 60 %.

Как видно из таблицы, колбаса «Обыкновенная», приготовленная по классической технологии содержит наибольшее количество влаги из всех исследованных образцов – 60,4 %, однако при этом выход готовой продукции к массе несоленого сырья минимальный – 103,6 %.

С увеличением процентного содержания многокомпонентной белково-жировой эмульсии выход готовой продукции увеличивается со 104,5 % до

106,8 % при том, что содержание влаги в готовом продукте остается в пределах нормы (58,4 – 60,0 %), а влагоудерживающая способность термообработанного фарша увеличивается на 2 % по сравнению с контролем.

Цвет и запах полученных образцов практически не отличался от контрольного.

3. Выводы

 Говяжья печень превосходит мышечную ткань по содержанию макро- и микроэлементов, а так же по содержанию водо- и жирорастворимых витаминов, кроме того, в печени содержится гликоген, что приближает говяжью печень к оптимальному соотношению белок: жир: углеводы, рекомендуемому ФАО/ВОЗ – 1: 1 – 1,2: 5 [17]. Однако белки говяжьей печени не сбалансированы по аминокислотному составу – рассчитанный в этой работе коэффициент утилитарности аминокислотного состава равен 0,69.

В связи с этим, мы рекомендуем использовать говяжью печень как обогатитель мясных изделий микро- и макроэлементами, а так же водо- и жирорастворимыми элементами.

2.     Изучение функционально-технологических свойств белково-жировой эмульсии на основе бланшированной говяжьей печени, позволило установить, что при содержании в эмульсии жировой фазы 45 % наблюдалось ее расслоение по фракциям поэтому возникает необходимость дополнительного введения в ее состав ингредиентов, обладающих высокой эмульгирующей способностью;

3.     Изучение функционально-технологических свойств многокомпонентных белково-жировых эмульсии с различным сочетанием животного и растительного (соевого) белоксодержащего сырья, позволило установить, что в соотношении животного и растительного белоксодержащего сырья равном 50: 50, полученные белково-жировые эмульсии, обладают стабильными свойствами, при содержании жирового компонента 45 %.

4. Сравнительный анализ функционально-технологических свойств фарша вареной колбасы I сорта «Обыкновенной» с функционально-технологическими свойствами фаршей, приготовленных с заменой части полужирной свинины на многокомпонентную белково-жировую эмульсию показал, что замена 25 % полужирной свинины на многокомпонентную белково-жировую добавку позволяет увеличить выход готовой продукции на 3,2 %.

5. Замена 25 % полужирной свинины на многокомпонентную белково-жировую эмульсию не сказывается отрицательно на органолептические характеристики готовых изделий.