Методология комплексной оценки качества пищевых добавок и обоснование их адекватного применения в мясной промышленности
| Вид материала | Диссертация |
| 3.2 Разработка методологии комплексной оценки качества антиокислителей 3.3 Разработка методологии комплексной оценки качества структурообразователей и их адекватного применения при изготовлении варен |
- Биохимическая характеристика орехов фундука и обоснование их применения при получении, 423.36kb.
- Корниенко О. В. Перспективы развития российского рынка пищевых добавок, 32.15kb.
- Краткие данные о развитии отечественной мясной промышленности, 400.29kb.
- Санитарные правила для предприятий мясной промышленности, 334.08kb.
- Проектирование предприятий мясной промышленности н. В. Тимошенко введение, 1380.84kb.
- Перечень примерных вопросов к итоговой аттестации, 36.07kb.
- Положение о порядке присуждения медали имени В. М. Горбатова за научные достижения, 70.81kb.
- Мониторинга оценки качества образования в гимназии, 163.07kb.
- Научное обоснование повышения обмена веществ, мясной продуктивности птицы при использовании, 531.52kb.
- Разработка биотехнологий получения иммобилизованных дрожжей и их применения в бродильных, 535.9kb.
3.2 Разработка методологии комплексной оценки качества
антиокислителей
Проблема окисления жиров затрагивает практически все виды продуктов питания, актуальна она и для мясной промышленности, особенно в связи с тем, что в последние годы появились новые научные данные о канцерогенном и мутагенном влиянии продуктов окислительной порчи жиров на организм человека.
В тоже время с накоплением знаний в области нутрициологии и влияния ПД на здоровье человека в мире сложилось негативное отношение к синтетическим антиокислителям, предложенным в 1950-е годы, поскольку, несмотря на их высокую эффективность, существует возможность их вредного воздействия на здоровье человека.
В связи с этим решалась задача на основе изложенных выше теоретических подходов дать сравнительную комплексную оценку натуральных антиокислительной для мясопродуктов.
Выполнение поставленной задачи базировалось на изучении и систематизации трудов Н.М. Эммануэль, Ю.Н. Лясковской, М.И. Транцевой,
Х.К. Аюпова, Л.А. Грушицкой, Ю.А. Лапшева, Н.П. Матеранской, В.И. Пиульской и др., доказавших необходимость и успешность применения антиокислителей, в том числе и в мясной промышленности. На основе анализа литературных данных для сравнительной оценки были выбраны дигидрокверцетин (ДГК), сверхкритические СО2-экстракты пряно-ароматических растений
(12 наименований), кахетины зеленого чая, смесь токоферолов.
На предварительном этапе исследований было необходимо из представленных отечественных СК-СО2-экстрактов отобрать наиболее перспективный для применения в качестве натурального антиокислителя.
С этой целью из фармакологии был заимствован метод определения суммарного содержания антиокислителей (метод кумоловой пробы – жидкофазного окисления молекулярным кислородом), не использовавшийся ранее для оценки функционально-технологических свойств экстрактов пряно-ароматического сырья. Этот метод позволяет экспрессно оценить антиокислительные свойства растительных препаратов, независимо от их химической природы (причем на условия протекания эксперимента не влияют другие вещества, не обладающие антиокислительной активностью и присутствующие в объекте исследования), по суммарному содержанию в них антиокислителей. Сопоставимость результатов, полученных новым и классическим методом, основанным на изучении динамики накопления продуктов окислительной порчи, показала, что суммарное количество антиокислителей в наибольшей степени связано с изменением перекисного числа (коэффициент корреляции 0,990-0,991), и в меньшей - с гидролитическим изменением жиров и накоплением продуктов вторичного распада жиров (коэффициенты корреляции для кислотного и тиобарбитурового чисел: 0,644-0,890 и 0,674-0,773, соответственно).
Исследования проводились под руководством д.т.н., проф. А.Д. Дурнева. По полученным результатам были выделены три экстракта – шалфея, розмарина и чабреца, в которых суммарное содержание антиокислителей составило более 0,1% (табл. 10).
СК-СО2-экстракты отличаются высоким содержанием вкусо-ароматических веществ, поэтому они не всегда могут быть применимы в качестве антиокислителей.
Таблица 10
Результаты сопоставительного определения антиокислительной активности
СК-СО2-экстрактов пряно-ароматического сырья
| Характеристика (показатель) | Наименование СК-СО2-экстракта | |||
| Шалфей (Salvia officinalis) | Розмарин (Rosmarinus Officinalis) | Чабрец (Thymus serpyllum) | Черный перец (Pipper Nigrum) | |
| Состав | не менее 20% терпеноидов, 0,15% витамина Е | не менее 8% терпеноидов, в т.ч карнозол | не менее 20% терпеноидов (из них тимол – до 60%) | не менее 70% терпеновых соединений |
| Суммарное количество антиокислителей: | ||||
| в М/кг | 0,140 | 0,070 | 0,018 | 0,003 |
| в % к массе пробы | 3,10 | 1,60 | 0,40 | 0,07 |
Для количественной оценки возможного влияния экстрактов на аромат мясопродукта автором был предложен метод определения интенсивности аромата, являющийся разработанной им модификацией метода определения показателя разбавления, ранее применявшегося для оценки интенсивности аромата натуральных пряностей. Метод заключается в приготовлении водно-спиртовых растворов экстрактов различных концентраций и оценке их дегустаторами. Модификация метода заключалась в следующем:
- предложен способ подготовки водно-спиртовых растворов экстрактов;
- максимальным разведением предложено считать не тот уровень предельного разведения, когда аромат пряности еще улавливается, а тот, когда специфичность аромата можно идентифицировать;
- математическая обработка результатов ориентирована не на расчет показателя разбавления (1 часть экстракта на Х частей воды), а на расчет процентной концентрации, которую более просто интерпретировать при определении доз внесения экстракта в продукт и, если требуется, коэффициента замены соответствующей пряности (при сопоставительном сравнении с водно-спиртовыми настоями пряностей).
Результаты сравнительных исследований интенсивности аромата СК-СО2-экстрактов показали, что вкусо-ароматические свойства экстрактов шалфея и чабреца на порядок выше, чем у экстракта розмарина. Минимальная концентрация водно-спиртового раствора, при которой ощущается вкус и/или аромат пряности, у экстракта розмарина составляла 5,0 х 10-2 %, тогда как у экстрактов шалфея и чабреца, составила 6,7 х 10-3 % и 6,0 х 10-3 %, соответственно, что являлось проблематичным для их дальнейшего исследования в качестве возможных антиокислителей для мясопродуктов. Таким образом, для дальнейших исследований был выбран экстракт розмарина.
В связи с тем, что ДГК ранее не применялся в мясной промышленности, на предварительном этапе работы, в соответствии с общей формулировкой задачи комплексной оценки ПД, приведенной в главе II, были проведены исследования по установлению его технологически адекватной дозы для рецептурных компонентов мясопродуктов, наиболее подверженных окислительной порчи – свиного жира-сырца и мяса птицы механической обвалки (куриного с содержанием жира 16-18%). Такие дозы введения ДГК составили 0,006% и 0,04%, соответственно, для свиного жира-сырца и мяса птицы механической обвалки, а ДГК был классифицирован по влиянию изменения дозы внесения на технологический эффект, который оценивали дифференцированно по изменению перекисного, кислотного и тиобарбитурового чисел (ПЧ, КЧ и ТБЧ), как ПД 4-й группы.
Учитывая, что в литературных данных имеются сведения о канцерогенности и мутагенности ДГК, на предварительном этапе были также проведены исследования хронической токсичности ДГК на опытных животных под руководством д.т.н. С.И. Хвыли и генотоксичности ДГК под руководством д.т.н., проф. А.Д. Дурнева. Результаты исследования токсичности показали, что ДГК как при выбранных дозировках, так и при дозировках, многократно перекрывающих возможное потребление его с мясопродуктами, не обладал хронической токсичностью, а также не индуцировал ДНК-повреждения в клетках костного мозга, крови, печени и прямой кишке мышей, а, следовательно, является безопасным для применения в качестве ПД.
Выполнение предварительного этапа исследований по выбору антиокислителей позволило перейти к решению задачи их сравнительной комплексной оценки.
Структурирование технологического качества ПД антиокислительного действия и результаты предварительных исследований, позволившие подтвердить отсутствие проявления дополнительных и побочных технологических функций у выбранных для сравнительной оценки антиокислителей, показали, что их комплексную оценку необходимо проводить путем анализа динамики изменения значений одновременно трех показателей (ПЧ, КЧ и ТБЧ), характеризующих проявление основной технологической функции – торможения процессов окислительной порчи. При этом, учитывая, что показатели окислительной порчи слабо связаны друг с другом, но характеризуются согласованностью динамики изменения желательности их значений с общим предпочтением, целесообразно сравнительную оценку антиокислителей проводить на основе использования «логической» модели, выражая общее качество через прогнозируемую продолжительность хранения до достижения хотя бы одним показателем нормируемого значения.
Изучение динамики накопления продуктов окислительной порчи позволило установить, что закономерность изменения показателей окислительной порчи при хранении мясопродуктов имеет нелинейный характер. Причем от продолжительности хранения значения ПЧ и КЧ имели одинаковую ∫-образную зависимость, характеризующуюся на ранних стадиях нарастанием темпа накопления перекисей и продуктов гидролитического распада жиров, а на поздних стадиях - постепенным снижением темпа их накопления. В отличие от ПЧ и КЧ значение ТБЧ характеризовалось нарастанием темпа накопления на всех стадиях хранения. Для описания изменения показателей окислительной порчи от продолжительности хранения были предложены математические уравнения следующих видов:
для перекисных и кислотных чисел
y=
(7)для ТБЧ
y=A0·exp(A1τ) (8)
где:
А0, А1, А2 - эмпирические коэффициенты, определяемые с применением метода наименьших квадратов;
y – оцениваемое значение показателя на момент τ;
τ – срок хранения, сут.
С использованием уравнений (7) и (8) был разработан новый подход к сравнительной оценке антиокислителей на основе использования математических моделей, блок-схема такой оценки приведена на рис. 9.
Измерение показателей окислительной порчи (ПЧ, КЧ и ТБЧ) в процессе хранения объектов исследования, изготовленных с применением сравниваемых антиокислителей
ни хранения).
Анализ экспериментальных данных и выявление закономерности изменения ПЧ, КЧ и ТБЧ
Определение эмпирических коэффициентов уравнений зависимости ПЧ, КЧ и ТБЧ от продолжительности хранения
Расчет прогнозируемой продолжительности хранения, до достижения установленных (предельных, нормативных) значений показателей окислительной порчи по формулам:
для ПЧ и КЧ
τ =
для ТБЧ
τ=
Определение τmin для каждого антиокислителя:
τПЧ
τКЧ τmin
τТБЧ
Ранжирование антиокислителей по уменьшению значений τmin и/или выбор антиокислителя с максимальным (τmin)
Рис. 9 Блок-схема сравнительной оценки эффективности антиокислителей
Для сравнительной оценки антиокислителей в соответствии с предложенной блок-схемой были проведены исследования процессов окислительной порчи в жире-сырце и мясе птицы механической обвалки, в присутствии антиокислителей (0,006%, 0,02% и 0,04% ДГК*, 0,12%** экстракта розмарина, 0,05% кахетинов чая, 0,08% токоферолов к массе жира) и без них.
По полученным результатам были установлены методом наименьших квадратов эмпирические коэффициенты для формул (7) и (8) и определены допустимые прогнозируемые сроки хранения замороженного жира-сырца и мяса птицы механической обвалки.
При этом в качестве нормируемых значений показателей окислительной порчи были использованы величины, позволяющие привести ПЧ, КЧ и ТБЧ к 1 кг продукта с учетом содержания в нем жира:
- перекисное число – не более 10 ммоль О2/кг жира, пересчитанное на 1 кг продукта с учетом содержания в нем жира;
- кислотное число – не более 4 мг КОН/г жира, пересчитанное на 1 кг продукта с учетом содержания в нем жира;
- тиобарбитуровое число – не более 0,5 мг/кг продукта.
Анализ полученных результатов (рис. 10) показал, что τmin было для ТБЧ. Исходя из этого, исследуемые антиокислители по эффективности действия были проранжированы в следующем порядке: для замороженного жира сырца - ДГК, токоферолы, экстракт розмарина, кахетины чая; для замороженного мяса птицы механической обвалки - 0,04% ДГК, кахетины чая, экстракт розмарина, токоферолы, 0,02% ДГК.
 |  |
| а) | б) |
| Рис. 10 Прогнозируемые допустимые сроки хранения для свиного жира-сырца (а) и замороженного мяса птицы механической (б) | |
На основании результатов сравнительных исследований антиокислителей были разработаны методические рекомендации (МР 03-00419779-08) по обоснованию вида и дозы антиокислителей, применяемых при производстве мясопродуктов.
Экономический эффект от введения мономера ДГК взамен дорогостоящего экстракта розмарина составил 1790 руб. на 1 т продукции (на 01.09.2007 г.).
3.3 Разработка методологии комплексной оценки качества структурообразователей и их адекватного применения
при изготовлении вареных колбас и продуктов из мяса
В условиях нестабильного качества сырья производители мясопродуктов применяют ПД и ингредиенты, стабилизирующие влагоудерживающие свойства мясных систем с целью улучшения консистенции и повышения выхода готовой продукции. Для решения этих задач широко используют структурообразователи полисахаридной природы, к числу которых относятся крахмалы, камеди, агары, пектины, каррагинаны и др.
Вопросами применения структурообразователей полисахаридной природы в пищевой промышленности посвящены научные труды отечественных и зарубежных ученых: Толстогузова В. В., Браудо Е.Е., Токаева Э. С., Нечаева А.П., Кочетковой А.А., Imeson A., Piculel L. и др.
Большинство этих работ были направлены на изучение структурообразующих свойств полисахаридов в двухкомпонентных системах. В тоже время было показано, что присутствие различных веществ (белков, солей органических и неорганических кислот и пр.) способно даже при незначительных концентрациях существенно изменить функциональные свойства структурообразователей. Таким образом, прогнозирование технологического эффекта от введения того или иного полисахарида в пищевой продукт требует перехода от изучения двух- и трехкомпонентных систем к изучению сложных многокомпонентных систем, каковыми, собственно, являются все пищевые продукты.
В настоящее время каппа-каррагинан - один из наиболее применяемых в мясной промышленности структурообразователей. Однако практика промышленного применения ПД в мясопродуктах не ограничивается использованием только одного каррагинана, наряду с ним в состав продукта входят стабилизаторы, влагоудерживающие агенты, регуляторы кислотности, усилители вкуса и аромата, эмульгаторы и пр. Кроме этого, каррагинан в мясопродуктах не является единственным структурообразующим компонентом, так как в мясных системах всегда присутствуют белки с различной способностью к структурообразованию, в том числе в виде белковых препаратов животного и растительного происхождения.
В этих условиях оценка структурообразующего действия каррагинана на основе изучения двух- и трехкомпонентных систем не способна обеспечить выпуск мясопродуктов гарантированного качества, что в свою очередь, может приводить к технологически неоправданному использованию ПД и повышению себестоимости готовой продукции.
Поскольку проявление всех технологических (основной, дополнительных и побочных) функций каррагинана связаны с его гелеобразующей способностью, в том числе в присутствии других ПД, то с целью выбора функционально-технологического показателя и методики его определения, универсальной для любой (в том числе многокомпонентной) модельной системы были изучены функционально-технологические характеристики гелей каррагинана, соевого белка, крахмала, животных белков различными методами. Обобщение и анализ полученных результатов показали, что наиболее применимыми и согласующимися с результатами органолептической оценки и дозой введения ПД являются методы определения структурно-механических характеристик.
Исследование процесса сдавливания и разрушения гелей различных структурообразователей (рис. 11) показало, что для наиболее полной сравнительной характеристики их консистенции являлось целесообразным исследование как прочностных (удельного напряжения начала разрушения), так и пластичных свойств.
Для описания пластичных свойств гелей был предложен показатель – удельная работа начала разрушения и формула для его расчета:
(9)где:
А – удельная работа начала разрушения, Дж/м2;
А1 - работа сдавливания, Дж;
Fn - площадь поперечного сечения индентора, м2.
               а1 б1 а2 б2 в1 в2 |
| Рис. 11 Процесс разрушения гелей животного белка «Сканпро Т95» и каппа-каррагинана Обозначения: «а1», «а2», «б1», «б2» - точки, характеризующие начальный момент нагрузки индентора и момент максимального сопротивления гелей нагрузке, после которого начинается их разрушение; «а1-б1-в1» и «а2-б2-в2» - площади, характеризующие удельную работу начала разрушения гелей |
Использование предложенных структурно-механических показателей прочности и пластичности гелей позволило на модельных системах изучить влияние на гелеобразующую способность каррагинана различных концентраций поваренной соли, хлорида калия, пищевых фосфатов, соевого белка, крахмала, сухого молока, говяжих и свиных соединительнотканных животных белков. На рис. 12 и 13 в качестве примера приведены результаты исследования влияния хлоридов и соевого белка на прочность и пластичность гелей каррагинана, подтверждающие вариабельность консистенции 1%-х гелей каррагинана в зависимости от состава пищевой системы.
 |  |
| а) б) Рис.12 Изменение значений прочности (а) и пластичности (б) геля каппа-каррагинана в зависимости от дозы введения KCl в присутствии 0%, 2% и 2,5% NaCl | |
 |  |
| а) б) Рис.13 Изменение прочности (а) и пластичности (б) геля каррагинана в зависимости от разных уровней введения соевого белка в присутствии 2% NaCl | |
По максимальным изменениям прочности и пластичности гелей каррагинана, зафиксированным на модельных системах была составлена шкала действия поваренной соли, пищевых добавок и ингредиентов на гелеобразующую способность каррагинана (табл. 11).
| Таблица 11. Шкала действия поваренной соли, пищевых добавок и ингредиентов на гелеобразующую способность каррагинана | ||
| Наименование компонента | Массовая доля компонента в смеси «каррагинан-поваренная соль-вода» | Относительная величина увеличения (+) или уменьшения (-) гелеобразующих свойств каррагинана, % |
| Соль поваренная | 0-1 | Соответственно от 0 до +150 |
| Соль поваренная | 1-4 | Соответственно от +150 до 0 |
| Соль поваренная | 4-6 | Соответственно от 0 до -100 |
| Ингибирующее действие в присутствии 2% поваренной соли | ||
| Молоко сухое | 0-20 | Соответственно от 0 до -91 |
| Крахмал | 5-20 | Соответственно от -41 до -90 |
| Белок соевый | 5-20 | Соответственно от -50 до -90 |
| Двухфосфатная смесь (Е450; Е451) | 0,30 | -20 |
| Усиливающее действие в присутствии 2% поваренной соли | ||
| Двухфосфатная смесь (Е450; Е451) | 0,15 | +10 |
| Триполифосфат натрия | 0-0,15 | Соответственно от 0 до +15 |
| Пирофосфат натрия | 0-0,30 | Соответственно от 0 до +15 |
| Хлорид калия | 0,10-0,20 | Соответственно от +50 до +71 |
| Животный белок «Сканпро Т95» | 1,5-7,5 | Соответственно от+97 до +533 |
| Животный белок «Белкол» | 2,5-7,5 | Соответственно от+29 до +726 |
| * - в пересчете на Р2О5 | ||
Изучение особенностей структурообразования гелей каррагинана в присутствии различных ПД и ингредиентов показало, что в пищевых системах на гелеобразующую способность каррагинана влияют в значительной мере компоненты, неспособные самостоятельно образовывать гели, но обладающие высокой растворимостью и, следовательно, способные изменять условия гелеобразования. В отношении ингредиентов, способных к самостоятельному гелеобразованию, установлено, что в присутствии 2% NaCl, с животными белками каррагинан проявляет синергетическое действие, и, напротив, с растительными белками и крахмалом находится в «конкуренции» при связывании воды и гелеобразовании.
С учетом результатов исследований каррагинана, полученных на модельных системах, были разработаны методика и алгоритм (рис.14) оценки технологической эффективности использования каррагинана и совершенствования рецептур вареных колбасных изделий.
Сущность предложенного подхода состоит в выделении рецептурных компонентов, способных влиять на структурообразующие свойства каррагинана, и исследовании модельной системы, соотношение выделенных компонентов и воды в которой соответствует составу готового изделия.
| Рис. 14 Алгоритм совершенствования рецептур вареных колбасных изделий |
Апробация предложенного подхода проводилась в условиях ОАО «ТАМП». Анализ действующих на предприятии рецептур, показал, что каррагинансодержащие добавки использовались «в окружении» ПД и ингредиентов, значительно снижающих их гелеобразующую способность. В результате совершенствования рецептур исключалось до 1,5% «неработающих» компонентов без снижения качества готовой продукции. Сравнительная оценка контрольных (до внесения изменений) и опытных (после внесения изменений) образцов вареных колбас проводилась с определением комплекса показателей, включающего влагоудерживающую способность, структурно-механические, цветометрические и органолептические характеристики.
Результаты определения структурно-механических показателей и значения влагоудерживающей способности опытных и контрольных образцов вареных колбас представлены на рис. 15 и 16.
 |
| Рис. 15. Структурно-механические показатели вареных колбас |
 |
| Рис. 16. Влагоудерживающая способность вареных колбас Примечание к рис. 15 и 16: Рецептура 1: неэффективная каррагинансодержащая добавка заменена на меньшее количество животного белка, в 2 раза уменьшена доза внесения сухого молока Рецептура 2 и 5: исключено использование каррагинансодержащих добавок в виду полного ингибирования их гелеобразующей способности Рецептура 3: в 2 раза уменьшена доза внесения сухого молока Рецептура 4: исключена каррагинансодержащая добавка и увеличена норма внесения соевого белка |