На правах рукописи

Габдукаева Лилия Зуфаровна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЯСНЫХ РУБЛЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ

ПОНИЖЕННОЙ ЖИРНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ КАРТОФЕЛЬНЫХ КРАХМАЛОВ И

ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ИХ КАЧЕСТВА

Специальность 05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические наук

и)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2013

Работа выполнена на кафедре технологии пищевых производств федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

доктор технических наук, профессор

Научный руководитель:

Решетник Ольга Алексеевна

Официальные оппоненты: Красуля Ольга Николаевна доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского», кафедра «Технологии продуктов питания и экспертизы товаров», профессор Белитов Вадим Викторович кандидат технических наук, ООО «Мясокомбинат ЭКО», директор по производству ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт

Ведущая организация:

мясной промышленности им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии

Защита состоится: «26» ноября 2013 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.122.05 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского» по адресу: 109316, г. Москва, ул. Талалихина, 31, ауд. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского по адресу: 109004, г. Москва, ул. Земляной вал, д.73.

Отзывы высылать по адресу: 109004, г. Москва, ул.Земляной вал, д. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайтах ВАК РФ Министерства образования и науки: http://vak2.ed.gov.ru и ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского» www.mgutm.ru

Автореферат разослан «_» 201г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.122.05 кандидат технических наук, доцент Козярина Галина Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

*

Актуальность темы. Целью государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2025 г. является сохранение и укрепление здоровья населения, профилактика заболеваний среди детей и взрослых, связанных с неправильным питанием. В связи с этим в настоящее время большое внимание уделяется совершенствованию технологических процессов и расширению ассортимента функциональных продуктов питания.

На сегодняшний день одно из наиболее перспективных направлений в мясной отрасли динамично развивающееся производство мясных полуфабрикатов. Известно, что потребительские свойства мясопродуктов в значительной степени зависят от качества исходного мясного сырья. Одним из способов рационального использования мяса с отклонениями в процессе автолиза является применение пищевых добавок, регулирующих функционально-технологические характеристики мясного сырья, для обеспечения качества производимой продукции. В перечне разнообразных добавок, используемых в технологии мясных продуктов, особое место занимают модифицированные крахмалы.

Основная тенденция рынка пищевых ингредиентов - отказ от искусственных ингредиентов в пользу натуральных. В настоящее время активно проводятся исследования биологически безопасных модифицированных крахмалов, полученных с помощью амилолитических ферментов. В связи с этим представляет большой интерес изучение особенностей действия ферментов амилолитического ряда на крахмалы различной природы с целью получения крахмального продукта с улучшенными технологическими и функциональными качествами. К наиболее используемыми в практике амилолитическим ферментам относятся -амилаза, -амилаза, амилоглюкозидаза, амило-1,6-глюкозидаза и др. Вопросы применения ферментов для модификации природных крахмалов освящены в научных трудах российских и зарубежных ученых: Н.Р. Андреева, А.И. Жушмана, М.М. Гаппарова, N. Koca, M. Metin, Y. Ma, H. Liua, E. Garcia-Garcia, H.

Totosaus, T. Fenga, Z. Luo, N. Akta, H. Gencelep, B. Yadav, S. You, A. Karim.

С точки зрения биобезопасности наиболее целесообразно использование ферментированных крахмалов, так как воздействие химически обработанных крахмалов на организм человека до конца не изучено и нуждается в дополнительных исследованиях. Следует также отметить, что Объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам рекомендует по мере возможности исключать применение химически модифицированных крахмалов в пищевых продуктах.

В настоящее время проводятся работы по созданию новых видов модифицированных крахмалов пищевого назначения - резистентных крахмалов, обладающих повышенной ферментативной устойчивостью, а также свойствами пищевых волокон и лишь частично усваивающихся организмом человека.

В связи с вышеизложенным расширение ассортимента мясных изделий на основе использования ферментированных крахмалов будет способствовать решению важной задачи создания новых форм продуктов не только безопасных для здоровья человека, но и улучшающих его функциональное состояние.

Цель работы – разработать технологию мясных рубленых изделий пониженной жирности с использованием ферментированных картофельных крахмалов и провести товароведную оценку их качества. Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих основных задач:

- провести сравнительный анализ физико-химических, морфологических, биологических свойств нативного, химически модифицированных и ферментированных картофельных крахмалов, изучить их устойчивость к действию -амилазы и высоким температурам, способность вступать в реакции с белками животного или растительного происхождения;

*В руководстве диссертационной работой принимала участие канд. биол. наук, доцент Е.В. Никитина - выбрать оптимальную концентрацию ферментированных картофельных крахмалов, вносимых в качестве рецептурных компонентов;

- провести сравнительный анализ влияния химически модифицированных и ферментированных крахмалов на показатели качества и биобезопасность модельных образцов мясных рубленых изделий;

- провести маркетинговые исследования ассортимента мясных рубленых изделий с целью его расширения;

- разработать рецептуру и технологию мясных рубленых полуфабрикатов пониженной жирности с использованием ферментированных картофельных крахмалов и провести товароведную оценку их качества.

Научная новизна работы. Научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования картофельного ферментированного -амилазного-8 крахмала (не более 2 % от общей массы сырья) в технологии мясных рубленых изделий пониженной жирности с целью уменьшения cодержания жирового сырья (до 2 %) и снижения калорийности изделия (до 45 ккал/ 100 г продукта) при сохранении высокой биологической ценности. Впервые изучены свойства ферментированных крахмалов в зависимости от вида использованного фермента (- и -амилазы) и времени ферментации (8 и 12 часов). Выявлены различия в свойствах ферментированных крахмалов в зависимости от времени обработки крахмалов амилолитическими ферментами (8 и 12 часов). Доказано, что ферментированные крахмалы содержат больше амилозы (на 7-15 %), обладают большей эмульгирующей активностью (на 9-38 %) и меньшей вязкостью (в 2,9-3,5 раза) по сравнению с нативным картофельным крахмалом. Установлено, что модельные смеси ферментированных крахмалов в сочетании с белками животного или растительного происхождения более биобезопасны по сравнению со смесями, содержащими химически модифицированные крахмалы. У модельных смесей ферментированных крахмалов отмечены высокие генопротекторные свойства и минимальный отрицательный эффект воздействия на ДНК тест-культуры E.coli. Впервые экспериментально обоснована целесообразность введения в рецептуры мясных рубленых изделий -амилазного-8 крахмала в концентрации не более % от общей массы сырья, -амилазного-8 крахмала - не более 1,5 % от общей массы сырья.

Впервые с применением экспертной системы «МультиМит Эксперт» проведена оптимизация рецептур мясных рубленых полуфабрикатов, содержащих картофельный ферментированный крахмал.

Практическая значимость работы.

Разработаны рецептуры и технология мясных рубленых изделий пониженной жирности с использованием ферментированных картофельных крахмалов. Разработан проект нормативно-технической документации на производство мясных рубленых полуфабрикатов пониженной жирности, который приведен в прил. 5 к диссертации. Проведена промышленная апробация разработанных рубленых полуфабрикатов в условиях предприятия ООО «Мясокомбинат «Звениговский» (акт производственных испытаний от 26.04.2013 приведен в прил. 3 к диссертации).

Технология приготовления мясных рубленых изделий пониженной жирности апробирована в кафе «Шатлык» г. Казань, разработаны технико-технологические карты на новый ассортимент мясных рубленых изделий (приведены в прил. 4 к диссертации).

Материалы диссертационного исследования внедрены в учебный процесс на кафедре технологии пищевых производств Казанского национального исследовательского технологического университета и используются на занятиях по дисциплинам «Технология мяса и мясопродуктов», «Технология организации специальных видов питания», «Товароведение продовольственных товаров» для студентов, обучающихся по специальностям 260501 «Технология продуктов общественного питания» и 260300 «Технология мяса и мясопродуктов». (Акт внедрения в учебный процесс приведен в прил. 2 к диссертации).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных сессиях Казанского национального исследовательского технологического университета (2006-2013); X, XI, XII международных конференциях молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2009, 2010, 2012), 10, 14-й Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология – наука ХХI века» (Пущино, 2006, 2010); IX, X Всероссийском форуме молодых ученых и студентов «Конкурентоспособность территории и предприятий меняющейся России» (Екатеринбург, 2006, 2007), II Международном форуме «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2008), Международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва, 2008), II Международной научнотехнической конференции «Новое в технике и технологии пищевых производств» (Воронеж, 2010), II Международной интернет – конференции «Актуальные проблемы биохимии и бионанотехнологии» (Казань, 2011), IV Всероссийской заочной научно-практической конференции «Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, качество и безопасность товаров и услуг» (Тюмень, 2011), Международной виртуальной интернет – конференции «Биотехнология. Взгляд в будущее» (Казань, 2012).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 18 печатных работ, в том числе: 10 статей в научных изданиях (из них рекомендованных ВАК – 7); 8 тезисов докладов в материалах научных конференций.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 186 страницах машинописного текста, иллюстрирована 49 рисунками, 26 таблицами. Библиографический список включает 183 наименования, из них 94 зарубежных источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, обозначены цели и задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе «Аналитический обзор литературы» приведены результаты аналитико-синтетической обработки информации по проблеме.

Во второй главе «Объекты и методы исследований» представлена структурная схема основных этапов исследований (рис. 1).

В соответствии с целью и задачами диссертационной работы основными объектами исследования служили:

1. Крахмалы: картофельный нативный крахмал (по ГОСТ P 52791-2007); модифицированные картофельные крахмалы (оксиамильный ОПВ-1, гидролизованный, набухающий по ТУ 9187-016-5747146-95); ферментированные картофельные крахмалы (-амилазный-8, -амилазный-12, -амилазный-8 и -амилазный-12). Ферментированные крахмалы получали с применением ферментов производства Sigma-Aldrich (Германия):

-амилазы (1,4--D-глюканглюкангидролаза) (тип II-А из Bacillus sp., 1,500 ед./мг белка (по биурету)) и -амилазы из ячменя (1,4--D-глюкан мальтогидролаза) (Type II-B, 20-80 ед./мг белка).

2. Мясные рубленые полуфабрикаты: мясные полуфабрикаты, выработанные по традиционной рецептуре (ТУ 10.02.01.127-90); модельные мясные полуфабрикаты, выработанные из говяжьего котлетного мяса (ГОСТ 779-55), говяжьего жира-сырца (ОСТ 4938), свинины жирной (ГОСТ 7724-77), лука репчатого свежего (ГОСТ 1723-86), поваренной соли (ГОСТ 51574-2000), перца черного молотого (ГОСТ 51074-2003), пшеничного хлеба (ГОСТ 28808-90), яичного меланжа (ГОСТ 53155-2008) с добавлением химически модифицированных или ферментированных крахмалов.

Нативный картоХимически модифицирован- Ферментированные фельный крахмал Набухающий по ТУ 9187-016-5747146- Сравнительное изучение свойств химически модифицированных и ферментированных Физико-химические свойства: Резистентность к дей- Реакционно- Биобезопасность Определение оптимальной концен- Исследование эффективности частичной замены жирового сытрации ферментированных крах- рья на ферментированные картофельные крахмалы в техноломалов, вносимых в качестве рецеп- гии мясных рубленых изделий и определение оптимального стве мясных рубленых изделий Рисунок 1 – Структурная схема исследований Методы исследований. Экспериментальные исследования проводились в 2-3 – кратных повторениях. Отбор и подготовку проб для лабораторных исследований мясных продуктов осуществляли согласно единой методике в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51448 – 99.

Модификацию картофельного крахмала осуществили вышеперечисленными ферментами по методике Ma с соавт. (2006) в воде при рН = 7,5 в течение 8 или 12 часов при температуре С. Концентрация крахмала в воде 20 %, фермента – 0,2 мг%/ г крахмала. Через 8 или 12 ч гидролизат нейтрализовали до рН = 4 посредством добавления концентрированной серной кислоты. Полученную густую суспензию фильтровали через беззольный бумажный фильтр и высушивали при температуре t = 40 0С в течение 24 ч. Содержание амилозы определяли по методике Williams с соавт. (1970), сахаров и крахмала - антроновым методом, эмульгирующую активность определяли по методике, описанной Kato с соавт. (1993). Спектры поглощения водных вытяжек в процессе термообработки измеряли на СФ-2000 (РФ, г. Санкт-Петербург), ДНКповреждающую и ДНК-протекторную активности веществ определяли, используя тестерные штаммы Escherichia coli, по методике, описанной О.Н. Ильинской с соавт. (2005).

Качество мясных полуфабрикатов определяли следующим образом:

- cодержание влаги - в соответствии с ГОСТ 9793-74 методом высушивания навески до постоянной массы;

- массовую долю белка после фракционирования на водо- и солерастворимые фракции - методом Брэдфорда;

- cодержание жира - по ГОСТ 23042-86 с применением экстракционного метода;

- изучение микроструктуры образцов проводили на гистологических препаратах, их фотографирование на цифровую фототехнику осуществляли на световом микроскопе «AXIOIMIGER.A1» (Carl Zeiss, Германия) с подключенной системой анализа изображения.

Цветность готовых изделий измеряли на визуальном колориметре модели F Lovibond на основе цветовых согласований (единиц красного, желтого и синего цвета). Массовую долю поваренной соли в готовых рубленых изделиях определяли методом Мора по ГОСТ 26186-84. Готовые мясные рубленые изделия оценивали органолептически по ГОСТ 9959-91 «Продукты мясные. Общие условия проведения органолептической оценки» с использованием шкал балльной оценки. Оценку безвредности и индекса биологической активности (ИБА) готовых изделий с ферментированными крахмалами проводили на тест-культуре Paramecium caudatum по методике, описанной В.С. Бузлама, А.М. Беркович (2001). Показатели энергетической ценности разработанных продуктов оценивали расчетным методом по Покровскому. Микробиологические исследования проводили в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078 – 01. Количество мезофильных аэробных и факультативно – анаэробных микроорганизмов определяли по ГОСТ 10444.15 – 94, бактерии группы кишечной палочки - по ГОСТ 50474 – 93, бактерии рода Salmonella - по ГОСТ Р 52814-2007. Обработку экспериментальных данных проводили с использованием программ Statistica и Microsoft Excel для Windows 2000. Оптимизацию рецептур мясных рубленых изделий осуществляли с помощью экспертной системы «МультиМит Эксперт» (свидетельство о регистрации программ для ЭВМ № 2013616949).

В третьей главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты диссертационной работы.

В разделе 3.1 «Сравнительное изучение свойств химически модифицированных и ферментированных картофельных крахмалов» приведены результаты исследования физикохимических и морфологических свойств нативного, химически модифицированных и ферментированных (-амилазой и -амилазой) картофельных крахмалов. Выявлены различия исследуемых свойств крахмалов в зависимости от времени ферментации (8 и 12 часов). Доказано, что крахмалы, обработанные ферментами в течение 8 часов (-амилазный-8 и -амилазный-8), содержат на 7-15 % больше амилозы, обладают на 9-38 % большей эмульгирующей активностью и в 2,9-3,5 раза меньшей вязкостью по сравнению с нативным картофельным крахмалом (табл.1). В совокупности эти данные свидетельствуют о перспективности применения ферментированных (8- часовых) картофельных крахмалов в технологии мясных продуктов.

Таблица 1 - Физико-химические свойства химически модифицированных и ферментированных крахмалов Вид крахмала Вязкость, Т Содержание амилозы, Эмульгирующая активность, опт.ед. =500 нм Химически модифицированные крахмалы:

Ферментированные крахмалы:

Исследование морфологии изучаемых крахмалов показало, что -амилазный-8 и амилазный-8 крахмалы имеют четко выраженные границы гранул, крупные крахмальные зерна, большинство из которых правильной формы (рис. 2), тогда как у нативного крахмала размеры гранул визуально меньше, края аморфной структуры. Пролонгирование времени ферментации крахмалов (-амилазный-12 и -амилазный-12) привело к уменьшению размеров гранул и утрате четких границ, что объясняется большей степенью деструкции крахмальных зерен при более длительной обработке. Данные результаты согласуются с результатами, характеризующими вязкость и эмульгирующую активность изучаемых полисахаридов.

Рисунок 2– Гистоморфологические изменения гранул картофельных крахмалов после действия - или -амилаз (увеличение 400 раз) Одним из аспектов перспективности технологического использования крахмалов в пищевой промышленности является их стабильность к физическим и химическим воздействиям, сохранение их структуры и свойств. Кроме того, в научных трудах ученых T. Fenga, Z. Luo, Z.

Xu говорится о том, что ряд природных и модифицированных крахмалов можно считать пищевыми волокнами ввиду их высокой стабильности к действию ферментов амилолитического ряда. Нами установлено, что ферментированные - и -амилазные-8 крахмалы обладают высокой устойчивостью к действию -амилазы (рис. 3а). Среди ферментированных крахмалов -амилазный-8 крахмал является наиболее устойчивым полисахаридом к действию эндоамилазы (количество накопившейся глюкозы как продукта разрушения крахмала после воздействия -амилазы равно 2 мг/ мл), что может быть обусловлено исчерпанием высокодоступных эндо гликозидных связей, разорванных в процессе биотехнологической обработки. Низкая ферментативная устойчивость -амилазного-12 и -амилазного-12 крахмалов, видимо, обусловлена высокой доступностью гликозидных связей вследствие снижения их молекулярной массы во время получения (ферментации).

-Амилазный-8 и -амилазный-8 крахмалы, также как и нативный, проявили устойчивость к высоким температурам (100 и 150 0С), что можно объяснить отжигом крахмальных гранул, вследствие чего распад крахмала на более мелкие единицы практически невозможен (рис. 3б).

мг глюкозы/ мл Рисунок 3 - Устойчивость ферментированных крахмалов к действию -амилазы (а) и к действию высоких температур (б) Следует отметить, что общее снижение концентрации доступной глюкозы после термообработки является положительным моментом, так как снижается усвояемость крахмала, что позволяет использовать его в специализированном питании.

С целью прогнозирования поведения ферментированных крахмалов в мясном продукте и в продукте, где часть мяса (1%) заменена соевым белком, исследована их реакционная способность в модельных системах, проведен анализ физико-химических и генотоксических свойств.

После термообработки выявлены преимущества ферментированных крахмалов в сложных системах с животным или растительным белком по сравнению с образцами нативных или химически модифицированных крахмалов: в экспериментальной модельной смеси -амилазного- крахмала в отношении штаммов E.сoli RecA- и PolA- отрицательного эффекта не выявлено (индекс выживаемости 84-100 %), тогда как смеси нативного, гидролизованного или набухающего крахмалов проявили наличие ДНК-повреждающего действия (индекс выживаемости 65-80 %).

Результаты определения ДНК-протективной активности модельных смесей исследуемых крахмалов показали, что в отношении всех трех штаммов кишечной палочки исходные модельные системы нивелировали действие фурацилина в различной степени. Индекс выживаемости штамма Rec A- в смесях нативного и оксиамильного крахмалов составлял 85 и 80 % соответственно, тогда как в смесях ферментированных крахмалов - 97-102 %, что свидетельствует о полном снятии отрицательного действия фурацилина для данного штамма. Показано, что среди исследуемых смесей модельные смеси -амилазного-8 крахмала с белками животного или растительного происхождения являются более биобезопасными: у них отмечены высокие генопротекторные свойства и минимальный отрицательный эффект воздействия на ДНК тест организма E.coli.

В разделе 3.2 «Влияние химически модифицированных и ферментированных крахмалов на функционально-технологические свойства мясных рубленых изделий» проведен анализ перспективности использования ферментированных крахмалов в качестве рецептурного компонента модельных образцов мясных рубленых изделий по сравнению с химически модифицированными крахмалами. Внесение ферментированных крахмалов в рецептуру модельных образцов изделий (2 %) привело к повышению выхода котлет на 5-14 % по сравнению с модельным образцом без крахмала.

Таблица 2–Физико-химические и функционально-технологические показатели модельных образцов рубленых изделий при внесении картофельных крахмалов 1 Контроль (без крахмала) 76,2±0,3 0,03±0,011 0,2±0,02 0,501±0, Химически модифицированные:

3 Оксиамильный ОПВ-1 89,5±0,2 1,07±0,005 0,39±0,035 0,580±0, 4 Гидролизованный 86,9±0,3 1,35±0,012 0,36±0,025 0,576±0, 5 Набухающий по ТУ 86,8±0,3 0,51±0,011 0,25±0,025 0,472±0, Ферментированные:

8 -амилазный-12 83,3±0,3 1,32±0,003 0,30±0,013 0,556±0, 9 -амилазный-12 80,7±0,2 0,95±0,008 0,28±0,014 0,535±0, Наибольшее содержание остаточного крахмала зарегистрировано в модельных образцах при внесении -амилазного-8 или -амилазного-8 крахмалов (1,7 и 1,5 г/ 100 г продукта соответственно), что говорит о меньшей степени деструкции ферментированных крахмалов в мясной фаршевой системе при воздействии высоких температур. В модельных образцах с амилазным-8 или -амилазным-8 крахмалами отмечено высокое содержание водорастворимых белков (1,67 и 1,48 г/ 100 г продукта соответственно) и пигментов (0,45 и 0,42 опт.ед. соответственно), что, вероятно, объясняется высокой гелеобразующей способностью изучаемых видов крахмалов и, как следствие, удерживанием водорастворимых белков (табл. 2).

Гистологическими исследованиями модельных образцов котлет было установлено пространственное размещение внесенных крахмалов в толще фарша (рис. 4). Нативный крахмал хорошо просматривался в структуре образца, отмечены его четкие гранулы, однако полисахарид продемонстрировал неравномерное расположение в структуре среза, выявлены его скопления. В случае внесения -амилазного-8 крахмала наблюдались крупные зерна крахмала, равномерно расположенные в межмышечном пространстве образца, аналогичные данные получены и для -амилазного-8 крахмала. Увеличение времени обработки крахмалов ферментами (до часов) привело к сильному уплотнению структуры образцов (рис. 4), что может отрицательно сказаться на консистенции готовых мясных рубленых изделий.

Рисунок 4 - Микроструктурное распределение нативного и ферментированных крахмалов в модельных образцах мясных рубленых изделий Для предотвращения поступления в организм человека мутагенных соединений важен анализ генотоксичности отдельно взятых пищевых добавок, в том числе и модифицированных крахмалов. При термической обработке изделий под действием высоких температур могут образовываться генотоксические соединения.

Как следует из данных рис. 5а, водные вытяжки модельных образцов при внесении химически модифицированных крахмалов, таких как оксиамильный и набухающий, проявили значительный ДНК-повреждающий эффект в отношении всех дефектных штаммов E.coli (индекс выживаемости составлял 68-94 %). Водорастворимые компоненты модельных изделий с амилазным-8, -амилазным-12 и -амилазным-8 крахмалами не проявили ДНК-повреждающих свойств в отношении дефектных штаммов (индекс выживаемости 100 % и более) (рис. 5б).

Рисунок 5 - ДНК-повреждающий эффект водорастворимых компонентов модельных образцов мясных рубленых изделий при внесении химически модифицированных (а) или ферментированных (б) крахмалов По сравнению с водорастворимыми компонентами ацетонрастворимые компоненты изделий показали больший генотоксический потенциал. Это объясняется тем, что в ацетоновой вытяжке содержатся вещества, имеющие остаточный генотоксический эффект (рис. 6).

Индекс выживаемости, % Рисунок 6 - ДНК-повреждающий эффект ацетонрастворимых компонентов модельных образцов мясных рубленых изделий при внесении химически модифицированных (а) или ферментированных (б) крахмалов Следует отметить, что в отличие от химически модифицированных крахмалов, гидрофобная фракция изделий при внесении ферментированных крахмалов не проявила генотоксического эффекта – индекс выживаемости дефектных штаммов E.coli был выше безопасного уровня 95 %. Полученные данные свидетельствуют о том, что использование ферментированных -амилазного-8 и -амилазного-8 крахмалов в технологии мясных рубленых изделий положительно влияет на показатели качества модельных изделий и позволяет получить биологически безопасный продукт.

В разделе 3.3 «Определение оптимального количества ферментированных крахмалов, вносимых в качестве рецептурных компонентов мясных рубленых изделий» исследовано изменение свойств фаршей и мясных изделий в зависимости от количества вносимого крахмала. Поскольку предварительные эксперименты показали ухудшение органолептических свойств готовых изделий при внесении изучаемых видов крахмалов в количестве более 2,5 % от массы сырья, количество вносимых крахмалов варьировали в диапазоне от 1,0 до 2,5 % от массы сырья (табл.3).

Таблица 3 - Функциональнотехнологические показатели мясных фар- Таблица 4 – Органолептические показатели готовых изделий, вырашей и готовых образцов изделий в зависи- ботанных с внесением ферментированных крахмалов -амилазный-8 крахмал -амилазный-8 крахмал По результатам исследований функционально-технологических свойств (устойчивость фарша, потери массы при тепловой обработке) мясных фаршей (табл. 3) и органолептических показателей готовых изделий (табл. 4) выявлено, что оптимальным количеством ферментированных крахмалов при внесении их в мясные рубленые изделия является: не более 2 % от массы сырья - для -амилазного-8 крахмала и не более 1,5 % от массы сырья - для -амилазного- крахмала.

В разделе 3.4 «Изучение эффективности использования ферментированных крахмалов в технологии мясных рубленых полуфабрикатов пониженной жирности» приведены данные исследований эффективности частичной замены используемого в рецептуре жирового сырья на ферментированные картофельные крахмалы при производстве мясных рубленых изделий, а также определен оптимальный уровень этой замены.

Замена части жирового сырья, входящего в рецептуру рубленых изделий, на ферментированные крахмалы положительно сказалась на физико-химических и функциональнотехнологических показателях фаршей и готовых изделий: ВУС фаршей повысилась на 8-13 %, содержание влаги в изделиях – на 8-11 %, выход готовых изделий – до 12-16 % (при замене на и 4 % соответственно) по сравнению с образцом изделия без добавления крахмала (табл. 5).

Выявлено, что в рецептурах мясных рубленых изделий рациональной можно считать замену жирового сырья на ферментированный крахмал в количестве не более 2 % от общей массы сырья, поскольку замена в количестве более 2 % приводила к снижению количества водорастворимых белков (до 6 %) в образцах изделий, что, возможно, является следствием их «разбавления» к единице связанной влаги (табл. 5).

Таблица 5 – Физико-химические и функционально-технологические свойства фаршей и готовых изделий при замене жирового сырья на ферментированные крахмалы Нативный картофельный В мясных изделиях при частичной замене жира на -амилазный-8 или -амилазный- крахмалы в количестве 2 % и более от общей массы сырья нами было зарегистрировано изменение цвета. Так, при замене жира на крахмал в количестве 2 % от общей массы показатель красного составляющего по шкале Ловибонд равнялся 3,01, при этом готовые изделия имели светло-коричневатый оттенок. В случае замены жира на крахмал более 2 % от общей массы сырья наблюдали сдвиг цветовых характеристик в синюю область (показатель, равный 2,01) и уменьшение значения красного составляющего (показатель равный, 3,0) - образцы изделий приобретали серый оттенок.

Изделия, изготовленные с частичной заменой жирового сырья на ферментированные крахмалы (не более 2 %), отличались насыщенным цветом, улучшенной консистенцией и сочностью по сравнению с контрольным образцом без таковой замены (табл. 6). Изделия с нативным крахмалом имели выраженный крахмальный привкус, тогда как в изделиях с ферментированными крахмалами этого дефекта не наблюдалось.

Максимальную органолептическую оценку (4,16 – 4,38 баллов) получили образцы изделий, изготовленные с заменой жира на -амилазный-8 или -амилазный-8 крахмалы в количестве не более 2 % от общей массы сырья (табл. 6).

Таблица 6 – Органолептические показатели образцов изделий, изготовленных с частичной заменой жира на ферментированные крахмалы Продукт при замене жира Органолептические показатели Изделия отличались высокими потребительскими характеристиками, уменьшились потери при термической обработке (на 15 %), и, как следствие, консистенция стала более сочной, мягкой, улучшились внешний вид и нарезаемость котлет. Замена жира на крахмал в количестве более 2 % привела к ухудшению органолептических показателей и внешнего вида готовых изделий: образцы характеризовались «пустым» вкусом, мажущейся консистенцией. Расчеты энергетической ценности экспериментальных изделий показали, что при замене жирового сырья на углеводную компоненту калорийность продукта снижалась до 12 %.

Изучение биологической безопасности готовых изделий на тест-организмах Paramecium caudatum показало: во всех образцах изделий индекс биологической активности (выживаемости) был больше 1, что доказывает безвредность мясных изделий, выработанных с частичной заменой жирового сырья на ферментированные крахмалы. Следует отметить, что водная вытяжка котлет с -амилазным-8 крахмалом повышала индекс активности тест-организмов (ИБА больше 1,100) что может быть следствием высокого уровня доступного белка в изделиях.

В результате проведенных исследований выявлена эффективность частичной замены (не более 2 %) используемого по рецептуре жирового сырья на ферментированные крахмалы в производстве мясных рубленых изделий. Наиболее перспективен для такой замены картофельный -амилазный-8 крахмал, использование которого позволяет уменьшить количество применяемого по рецептуре жирового сырья (до 2 %) и улучшить органолептические характеристики готовых изделий.

В разделе 3.5 «Разработка рецептур мясных рубленых изделий пониженной жирности» на основании проведенных исследований предложены новые рецептуры и технология приготовления мясных рубленых изделий с использованием ферментированного -амилазногокрахмала (до 2 %). Оптимизация рецептур рубленых полуфабрикатов проведена с применением экспертной системы «МультиМит Эксперт». На рис. 7 приведен интерфейс программы, где показаны базовая и оптимизированная рецептуры на примере котлет «Московские».

Рисунок 7 – Результат оптимизации рецептуры котлет «Московские» в экспертной системе «МультиМит Эксперт»

Осуществлена модификация традиционной технологической схемы производства мясных рубленых полуфабрикатов: в технологическую схему включен этап введения ферментированного картофельного крахмала в сухом виде на стадии перемешивания котлетной массы после составления рецептуры.

Таблица 8 – Окончательные рецептуры разработанных мясных рубленых изделий пониженной жирности, полученные с применением экспертной системы «МультиМит Эксперт»

Картофельный ферментированный крахмал (-амилазный-8) Качественные характеристики изготовленных мясных рубленых изделий пониженной жирности оценивали в сравнении с характеристиками изделий, выработанных по ТУ 10.0201.127-90. На рис. 8 в виде профилограммы приведены результаты органолептической оценки готовых изделий, выработанных по рецептурам, представленным в табл.8.

качества Рисунок 8 – Органолептическая оценка качества готовых изделий Органолептическая оценка готовых изделий показала, что изделия, изготовленные по предлагаемым рецептурам, имеют высокие органолептические показатели. Так, средний балл для котлет пониженной жирности составил: «Московские» – 4,98; «Домашние» – 4,84; «Киевские» – 4,72 (рис. 8). Все мясные рубленые изделия имели правильную форму, сочную консистенцию, приятный вкус и аромат. Повышение органолептических показателей изделий на 0,34-0,4 балла при частичной замене жирового сырья на -амилазный-8 крахмал достигнуто за счет обеспечения сочности, хорошей консистенции, товарного вида и приятного вкуса. Массовая доля влаги и соли во всех изделиях не превышала нормативного уровня. Разработанные рубленые изделия характеризовались более низкой энергетической ценностью (на 14- 21 %) за счет уменьшения количества жира и замены его на резистентный ферментированный амилазный-8 крахмал (табл.9), при сохранении высоких показателей биологической ценности.

Энергетическая ценность котлет пониженной жирности составила, ккал/ 100 г: «Московские» - 156,49; «Домашние» – 176,6; «Киевские» – 257,66. Анализ регламентируемых микробиологических показателей подтвердил безопасность изделий пониженной жирности, они соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.

Таблица 9 - Биологическая и энергетическая ценность мясных рубленых изделий, Биологическая и Белки, г/100 г продукта Жиры, г/100 г продукта Энергетическая ценность, ккал/ 100 г В четвертой главе представлено «Обсуждение результатов экспериментальных исследований». Полученные результаты позволяют утверждать о перспективности использования -амилазного-8 крахмала в технологии мясных рубленых изделий как биологически безопасной пищевой добавки, по физико-химическим свойствам не уступающей химически модифицированным крахмалам. Доказано, что ферментированный картофельный -амилазный- крахмал может быть использован и в качестве рецептурного компонента, и в качестве замены части жирового сырья в технологии мясных рубленых изделий пониженной жирности. Мясные рубленые изделия, приготовленные по оптимизированным рецептурам, отличаются высокими потребительскими характеристиками, имеют пониженную энергетическую и высокую биологическую ценность, обогащены резистентным ферментированным крахмалом и могут быть рекомендованы к употреблению в целях улучшения состояния организма человека.

ВЫВОДЫ

1. Проведена сравнительная оценка свойств нативного, химически модифицированных и ферментированных картофельных крахмалов, которая показала, что ферментированные -амилазный-8 и -амилазный-8 крахмалы являются хорошей альтернативой химически модифицированным крахмалам: обладают большей эмульгирующей активностью (на 9-38 %), меньшей вязкостью (в 2,9-3,5 раза) по сравнению с нативным крахмалом. Установлено, что в ассортиментном ряду ферментированных крахмалов большей устойчивостью к действию эндоамилазы обладает -амилазный-8 крахмал, о чем свидетельствует количество накопившейся глюкозы как продукта разрушения крахмала после воздействия -амилазы - 2 мг/ мл, что в 6 раз ниже по сравнению с нативным крахмалом.

2. Обоснована эффективность использования ферментированных -амилазного-8 и -амилазного-8 крахмалов в качестве биологически безопасного рецептурного компонента в технологии мясных рубленых изделий. Использование их является перспективным, как с технологической стороны (обеспечивает повышение выхода готовых изделий на 5-14 %), так и с точки зрения биобезопасности (на 20 % элиминируются проявления генотоксических свойств водорастворимых компонентов и уменьшаются проявления отрицательных качеств гидрофобных соединений).

3. Экспериментально обоснована целесообразность введения в рецептуры мясных рубленых изделий -амилазного-8 крахмала в концентрации не более 2 %, -амилазного- крахмала – не более 1,5 % от общей массы сырья.

4. Доказана перспективность использования ферментированного -амилазного- крахмала (не более 2 % от общей массы сырья) в технологии мясных рубленых изделий пониженной жирности, что позволяет уменьшить количество применяемого по рецептуре жирового сырья (до 2 %), снизить калорийность изделий (до 45 ккал /100 г продукта) при сохранении высокой биологической ценности и улучшении функционально-технологических и потребительских характеристик изделий.

5. Разработанная рецептура мясных рубленых изделий с применением экспертной системы «МультиМит Эксперт» и технология их производства прошла промышленную апробацию в условиях ООО «Мясокомбинат «Звениговский».

6. Разработан проект технической документации на новые виды рубленых полуфабрикатов «Полуфабрикаты мясные рубленые с пониженной жирностью с добавлением ферментированного -амилазного-8 крахмала».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

СТАТЬИ В ЖУРНАЛАХ РЕКОМЕНДОВАННЫХ ВАК:

1. Никитина, Е.В. Резистентность модифицированных картофельных крахмалов, обработанных альфа- и бета-амилазами / Е.В.Никитина, Л.З. Габдукаева, О.А. Решетник // Вестник Казанского технологического университета. – Казань, 2010. - № 10. – С. 382-387.

2. Никитина, Е.В. Влияние нитрита натрия на химико-технологические и генотоксические свойства модифицированных картофельных крахмалов при термообработке / Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева // Вестник Казанского технологического университета. – Казань, 2011. - №19.

- С.154-161.

3. Никитина, Е.В. Сравнительная характеристика физико-химических и морфологических свойств модифицированных картофельных крахмалов / Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева // Вестник Казанского технологического университета. – Казань, 2012. - Т.15. - № 11. – С.228-230.

4. Никитина, Е.В. Сравнительный анализ устойчивости модифицированных картофельных крахмалов Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева // Вестник Казанского технологического университета. – Казань,2012. - Т.15. - № 11. – С.220-223.

5. Габдукаева, Л.З. Поликомпонентные пищевые продукты с функциональными свойствами / Л.З. Габдукаева, Е.В. Никитина // Вестник Казанского технологического университета. – Казань, 2013. - Т.16. - № 10. – С.211-212.

6. Габдукаева, Л.З. Влияние ферментированных крахмалов на качество мясных рубленых изделий с пониженной жирностью / Л.З. Габдукаева, Е.В. Никитина // Вестник Казанского технологического университета. – Казань, 2013. - Т.16. - № 10. – С.213-215.

7. Никитина, Е.В. Влияние обработки альфа- или бета- амилазами на технологические и морфологические свойства картофельного крахмала / Е.В. Никитина, Л. З. Габдукаева, Р.А. Губайдуллин // Вестник Казанского технологического университета. – Казань,2013. – Т. 16. - № 14. – С. 148-150.

8. Никитина, Е.В. Оценка качества колбасных изделий, выработанных с применением модифицированных крахмалов / Е.В. Никитина, Л.З. Гарифзянова (Л.З. Габдукаева), О.А. Решетник // Пищевые технологии: сб. тезисов докл. Общероссийской конференции молодых ученых с международным участием. – Казань, 2006. – С.89-90.

9. Никитина, Е.В. Модифицированные крахмалы в мясной индустрии: экономический эффект и биобезопасность / Е.В. Никитина, Л.З. Гарифзянова (Л.З. Габдукаева) // сб. материалов IX Всероссийского форума молодых ученых и студентов. – Екатеринбург, 2006. – С. 118.

10. Никитина, Е.В. Модифицированные крахмалы: свойства, безопасность, перспективы применения / Е.В. Никитина, Л.З. Гарифзянова (Л.З. Габдукаева), Л.Юнеева // Пищевые технологии: сб. тезисов докл. VII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием - Казань, 2007. – С. 205.

11. Никитина, Е.В. Генотоксический потенциал водорастворимых белков мяса при взаимодействии с различными углеводами / Е.В. Никитина, Л.З. Гарифзянова (Л.З. Габдукаева), Н.Н. Марфина, М.В. Иванова // Пищевые технологии: сб. тезисов докл. VII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием. - Казань, 2007. – С. 46.

12. Никитина, Е.В. ДНК-тестов для определения биобезопасности мясных продуктов / Е. В. Никитина, Л.З. Гарифзянова (Л.З. Габдукаева) [и др.] // Аналитика и Аналитики: рефераты докладов II Международного форума. – Воронеж, 2008. – Т.1.- С.156.

13. Гарифзянова, Л.З. (Габдукаева Л.З.) Анализ генотоксического потенциала мясопродуктов с модифицированными крахмалами / Л.З. Гарифзянова (Л.З. Габдукаева), Е.В. Никитина // Пищевые технологии и биотехнологии: сб. тезисов докл. X Международной конференции молодых ученых. – Казань, 2009. – С.140.

14. Габдукаева, Л.З. Перспективы использования биомодифицированных крахмалов с точки зрения экологичности / Л.З. Габдукаева, Е.В. Никитина // Биология. Наука XXI века: сб.

тезисов докладов 14-й Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых. – Пущино, 2010. – Т.1. - С. 237.

15. Габдукаева, Л.З.. Сравнительная характеристика ферментативно и химически обработанных картофельных крахмалов / Л.З. Габдукаева. Е.В. Никитина // Актуальные проблемы биохимии и бионанотехнологии: сб. статей II-я Всероссийской Интернет-конференции. – Казань, 2011. – С.79-81.

16. Никитина, Е.В. Взаимовлияние водорастворимых белков мяса и модифицированных крахмалов на технологические и биологические характеристики / Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева // Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, формирование конкуренции, качество и безопасность товаров и услуг: сб. материалов IV Всероссийской научно-практической конференции ученых и аспирантов вузов. – Тюмень, 2011. – С. 235-238.

17. Никитина, Е.В. Сравнительная характеристика устойчивости альфа- и бета-амилазмодифицированных картофельных крахмалов / Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева [и др.] // Пищевые технологии и биотехнологии: сб. тезисов докл. XII Международной конференции молодых ученых. – Казань, 2012. - С. 25.

18. Никитина, Е.В. Перспектива применения амилолитических бактериальных ферментов для модификации крахмалов / Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева [и др.] // Биотехнология.

Взгляд в будущее: сб. трудов международной виртуальной интернет-конференции. – Казань, 2012. – С.166-167.

за консультации и помощь при выполнении работы д.в.н., проф. М.С. Ежковой, к.т.н., доценту В.Я. Пономареву, доценту, к.т.н. О.В. Старовойтовой Офсетная лаборатория Казанского национального 420015, Казань, К. Маркса, исследовательского технологического университета