Исследование и разработка технологии производства мясного хлеба с использованием белкового полуфабриката

На правах рукописи

Лукин Александр Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ

ПРОИЗВОДСТВА Мясного хлеба

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕЛКОВОГО ПОЛУФАБРИКАТА

Специальность 05.18.04 ­- Технология мясных, молочных и рыбных продуктов

и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Кемерово 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет).

Научный руководитель:	доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ребезов Максим Борисович
Официальные оппоненты:	Данилов Михаил Борисович – доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, заведующий кафедрой «Технология мясных и консервированных продуктов»
	Гордиевских Михаил Леонидович - доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Челябинская государственная агроинженерная академия заведующий кафедрой «Хранение и переработка сельскохозяйственной продукции»
Ведущая организация:	Государственное научное учреждение Сибирский научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии (ГНУ СибНИИП)

Защита диссертации состоится « 21 » марта 2013 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.809.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, 4-я лекц. ауд., тел/факс (8-384-2) 39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ ( http://vak.ed.gov.ru /announcements/tehn/) и ФГБОУ ВПО «КемТИПП» www.kemtipp.ru.

Автореферат разослан « 20 » февраля 2013 года

Ученый секретарь

диссертационного совета О.В. Кригер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное развитие технологий на мясоперерабатывающих предприятиях диктует новую тенденцию использования вторичного белоксодержащего сырья. Отсутствие при мясокомбинатах цехов убоя и первичной переработки скота и, как следствие, нерациональное использование вторичного белоксодержащего сырья, приводит к тому, что мясоперерабатывающие предприятия для поддержания конкурентоспособности своей продукции на рынке вынуждены использовать различные белковые и растительные препараты, загустители, эмульгаторы различной природы и другие альтернативные компоненты.

Пищевая биотехнология наиболее быстроразвивающаяся отрасль биотехнологии, одним из основных направлений развития которой является получение и применение ферментов. Для получения ферментных препаратов пищевого назначения используют органы и ткани сельскохозяйственных животных, культурные растения (ананас, соя, папайя, инжир) и специальные штаммы микроорганизмов. В настоящее время наибольшее применение нашли ферменты животного происхождения.

Степень проработки темы исследований. Вопросами применения ферментных препаратов в мясоперерабатывающей промышленности посвящены научные труды многих отечественных и зарубежных ученых: Антиповой Л.В., Рогова И.А., Журавской Н.К., Ратушного А.С., Лисицина А.Б., Липатова Н.Н., Батаевой Д.С., Жебелевой И.А., Соловьева В.И., Крыловой В.Б., Muller W. и др. Большой вклад в развитие теоретических и прикладных аспектов обеспечения качества, безопасности и товароведной оценки мяса и мясопродуктов внесли российские ученые: Позняковский В.М., Ивашов В.И., Татулов Ю.В., Жаринов А.И., Кудряшов Л.С., Хвыля С.И., Устинова А.В., Гуринович Г.В., Криштафович В.И. и др.

В технологии мясных продуктов применяются ферментные препараты с протеолитической, липолитической, коллагеназной активностью, которые используются для тендеризации, увеличения сортности мяса и в производстве белковых гидролизатов.

Значение белковых гидролизатов при производстве мясных продуктов постоянно возрастает, и тем самым значительно увеличивается их роль в питании человека.

Цель исследования – исследование и разработка технологии мясного хлеба с использованием белкового полуфабриката (далее по тексту БП).

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

– изучить коллагеназную активность ферментных препаратов микробного (протосубтилин Г10х), растительного (папаин) и животного (протепсин) происхождения, обосновать выбор биокатализатора для гидролиза коллагенсодержащих субпродуктов II категории крупного рогатого скота (далее по тексту КРС);

– определить оптимальные условия и каталитические параметры протепсина;

– обосновать технологические режимы ферментативной обработки коллагенсодержащих субпродуктов II категории крупного рогатого скота КРС протепсином и разработать технологическую схему производства БП;

– систематизировать основные характеристики БП, полученного из коллагенсодержащих субпродуктов II категории КРС, по физико-химическим и функционально-технологическим свойствам;

– оптимизировать нормативную документацию на производство мясного хлеба с использованием БП (рецептуру, технологическую схему, ТУ и ТИ);

–обосновать потребительские свойства, пищевую ценность и показатели безопасности мясного хлеба с использованием БП;

– определить критические контрольные точки при производстве мясного хлеба с БП;

– провести расчет себестоимости выработанной продукции.

Научная новизна работы. Разработана технология получения БП ферментативным способом из коллагенсодержащих субпродуктов II категории. Определена оптимальная дозировка ферментного препарата животного происхождения протепсин для гидролиза коллагенсодержащих субпродуктов II категории. Систематизированы данные о применение протепсина при гидролизе коллагенсодержащих субпродуктов II категории КРС (губы и уши). Исследованы микроструктуры опытных образцов коллагенсодержащих субпродуктов II категории до обработки и после применения ферментного препарата протепсина. Доказаны целесообразность и эффективность применения БП в производстве мясного хлеба; научно обоснована и экспериментально подтверждена оптимальная дозировка БП. Изучено влияние БП на функционально-технологические свойства модельных фаршей. Изучен химический состав, физико-химические, структурно-механические, микробиологические и органолептические показатели мясного хлеба с использованием БП.

Практическая значимость работы. Разработана рецептура и технология производства мясного хлеба с БП; утверждена техническая документация на мясной хлеб «Белковый»» (ТУ 9213-002-65727032-11); подтверждена экономическая эффективность производства нового мясопродукта с БП. Новый вид мясного хлеба прошел апробацию в промышленных условиях ООО «ИК Антей» (акт производственных испытаний от 24.01.2012). Результаты научных исследований внедрены в учебный процесс.

Методология и методы исследования. При организации и проведении исследований применялся комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследований, в том числе физико-химических, микробиологических, биохимических, реологических, а также математические методы статистической обработки результатов исследований и построения математических моделей.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург, 2009 г.); всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания», (г. Иркутск, 2009 г.); межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы развития АПК Саяно-Алтая» (г. Абакан, 2009 г.); международной научно-практической конференции «Инновационные технологии продуктов здорового питания, их качество и безопасность» (г. Алматы, 2009, 2010 гг.); II научно-практической конференции аспирантов и докторантов «Научный поиск» (г. Челябинск, 2010 г.); всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновации, экобезопасность, техника и технологии в переработке сельскохозяйственной продукции» (г. Уфа, 2010 г.); III и V международных научно-практических конференциях «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (г. Челябинск, 2010, 2011 гг.); VI всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск, 2011 г.); научно-практическом семинаре «Качество и безопасность пищевых продуктов» (г. Челябинск, 2011 г.); LI международной научно – технической конференции «Достижения науки – агропромышленному производству» (г. Челябинск, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ № 2446714 на «Способ производства мясного хлеба».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает следующие разделы: введение; обзор литературы; объекты, методы исследований и схема постановки эксперимента; исследование воздействия ферментных препаратов различного происхождения на коллагенсодержащее сырье; исследование коллагенсодержащего сырья в процессе биомодификации; исследование возможности использования белкового полуфабриката в технологии мясопродуктов и оценка их качества и безопасности; выводы и рекомендации; список литературы; приложения. Текст диссертации изложен на 145 листах печатного текста, иллюстрирован 41 таблицей, 34 рисунками и 7 приложениями. Список литературы включает 169 источника литературы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, определены основные направления работы.

В первой главе проведен анализ научно-технической литературы о структуре коллагена и его свойствах, источниках коллагенсодержащего сырья, свойствах и источниках ферментных препаратов для мясной промышленности, рассмотрены способы применения ферментов в технологии переработки мяса и вторичного коллагенсодержащего сырья. На основании анализа приведённых данных сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе представлен порядок проведения эксперимента (рис. 1), объекты и методы исследований.

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследования послужили: коллагенсодержащие субпродуктов II КРС с высоким содержанием соединительной ткани (губы и уши), ферментный препарат «Протепсин» (стандартной протеолитической активностью 100 ед/г), ферментный препарат «Жидкий папаин», ферментный препарат протосубтилин Г10х, белковый полуфабрикат (БП), мясные фаршевые системы до и после термической обработки: контрольные образцы и с различной долей добавления БП, лабораторные образцы мясных хлебов.

Исследования проводили: в лабораториях факультета пищевых технологий в ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет), ФГБОУ ВПО «Уральская государственная академия ветеринарной медицины» (кафедра микробиологии и вирусологии), ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная медицинская академия» (кафедра гистологии и микробиологии), в аккредитованных испытательных лабораториях (центрах): ФГУ «Центр химизации и сельскохозяйственной радиологии «Челябинский» (аттестат аккредитации РОСС RU.0001.21ПР21, ФГУ «Станция агрохимической службы «Карталинская» (аттестат аккредитации РОСС RU.0001.510287), ФГБУ «Челябинская межобластная ветеринарная лаборатория» (аттестат аккредитации РОСС RU.0001.21 ПЛ04).

Экспериментальные исследования проводили в трёх – пятикратной повторности. Результаты расчетов и графические изображения результатов2 реализации моделей проводились с использованием пакета программ в MS Office 2003: MS Word, MS Exel.

Рис. 1. Схема экспериментальных исследований

Результаты исследований пищевой и биологической ценности разработанного мясного хлеба оценивали по следующим показателям: физико-химический состав; аминокислотный состав и биологическая ценность; атакуемость белков ферментным препаратом. Оценку качества готового мясного хлеба проводили, анализируя показатели качества и безопасности мясного хлеба с использованием БП, а также по органолептическим и микробиологическим показателям в соответствии с действующей документацией.

В третьей главе представлено исследование воздействия ферментных препаратов различного происхождения на коллагенсодержащее сырье.

Сравнительная протеолитическая активность ферментных препаратов проводилась для протепсина, папаина и протосубтилина Г10х (рис. 2).

Коллагеназная активность выбранных ферментных препаратов различного происхождения от температуры среды исследовали с использованием коллагена, полученного из бычьих сухожилий. Показателем активности ферментного препарата служил прирост прогидролизованного белка в растворе. Исследование коллагеназной активности ферментных препаратов проводили в диапазоне рН=6,8. Степень протеолиза коллагена под действием протепсина, папаина и протосубтилина Г10х в зависимости от температуры проиллюстрированы на рис. 3.

Рис. 2. Сравнительная протеолитическая активность ферментных препаратов	Рис. 3. Зависимость степени протеолиза коллагена под действием ферментных препаратов от температуры среды

Специфичность ферментного препарата выражали через показатели константы Михаэлиса-Ментен, представляющей собой концентрацию субстрата, при которой данный фермент обеспечивает скорость реакции, равную половине максимально возможной в данных условиях (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость скорости ферментативной

реакции V от концентрации субстрата S

Проведенный анализ субстратной специфичности и физико-химических свойств доказывает, что ферментный препарат протепсин обладает коллагеназной активностью в отношении молекул коллагена, основного компонента соединительной ткани. При гидролизе водорастворимых и солерастворимых белковых фракций коллагенсодержащих субпродуктов II категории сырья степень гидролиза составила 65 % (дозировка ферментного препарата 10–11 ед. ПА/г белка) и 55 % (дозировка 14–15 ед. ПА/г белка) соответственно.

Для папаина степень гидролиза составила.92 % (5,5–6,5 ед. ПА/г белка) и 80 % (7–8 ед. ПА/г белка) соответственно. Степень гидролиза нативного коллагена протепсином составила 85 % при дозировке препарата 4–5 ед. ПА/г белка; протосубтилином Г10х – 48 %, для папаина – 25 % (9–10 ед. ПА/г белка). Протепсин проявляет максимальную активность в диапазонах температур 35–40 °С (рис. 5). В мясной промышленности наибольшее значение имеет диапазон температур 0–4 °С. Протепсин проявляет свою активность лишь около 15 % от своей максимальной активности в данном диапазоне температур. Не менее важным.является высокая остаточная активность ферментного препарата при высоких температурах (60–65 °С), так как это дает возможность осуществлять ферментативное воздействие на мясное сырье в процессе некоторых видов тепловой обработки. В виду того, что тепловая обработка ограничена по времени, величина активности здесь является решающей. На рисунке 5 показано, что протепсин, практически полностью инактивирует при температуре 70 °С и выше. Активность протепсина определяли, используя методы исследования с изменением pH специфических субстратов с применением соответственных универсальных буферных смесей.

Рис. 5. Влияние температуры на протеолитическую активность протепсина	Рис. 6. Влияние pH на протеолитическую активность протепсина

Влияния рН на активность ферментных препаратов проводили в диапазоне от 2,0 до 10,0 при температуре 40 °С. Как показано на рис. 6, исследуемый фермент проявляет максимальную активность в слабо кислой среде.

В четвертой главе представлено исследование коллагенсодержащего сырья в процессе биомодификации. Общее содержание незаменимых аминокислот до ферментативной обработки губ и ушей КРС составляет 25,21 г/100 г и 34,33 г/100 г белка соответственно. Аминокислотный состав губ и ушей КРС представлен такими аминокислотами как глицин, глутаминовая кислота, пролин и оксипролин в суммарном количестве 21,9 г/100 г белка (губы КРС) и 20,4 г/100г белка (уши КРС). Наиболее ограничено содержание триптофана, треонина, валина.

Критерием эффективности гидролиза белковых фракций альбуминов и глобулинов коллагенсодержащих субпродуктов II категории. служило накопление продуктов гидролиза, имеющих в составе пептидные связи, в жидкой фракции гидролизата. О степени деструкции коллагена и потерях целевой белковой фракции судили по накоплению оксипролина в жидкой фракции гидролизата. Экспериментальные. данные, обработанные по методу наименьших квадратов, представлены на рис. 7, 8.

Рис. 7. Накопление оксипролина в жидкой фракции гиролизата коллагенсодержащих субпродуктов II категориии под действием протепсина	Рис. 8. Накопление водорастворимых белков и пептидов в жидкой фракции гиролизата под действием протепсина