Исследование процессов дегидратации биополимерных систем в составе птицепродуктов

Процессы управляемой гидратации играют важную роль в технологии продуктов питания из сырья животного происхождения [3, 5, 8]. Не менее важно знать закономерности процессов дегидратации сырья животного происхождения и продуктов их переработки в условиях программируемого нагрева, так как это позволяет имитировать ключевые технологические процессы и моделировать их параметры, влияющие как на потребительские свойства производимых продуктов, так и на технико-экономические показатели производства [10, 12]. При этом приоритетная доля основного сырья в структуре себестоимости таких продуктов, с одной стороны, темпы роста рынка продуктов производства и переработки птицы, высокие уровни оценки биотехнологического потенциала не только основного, но и вторичного сырья при переработке птицы делают актуальной задачу научного обоснования процессов комплексной переработки ресурсов птицеперерабатывающей промышленности.

Приоритет и перспективу в данном направлении имеет разработка пищевых модулей с использованием голов и ног цыплят-бройлеров как сырья с высокой степенью ресурсной обеспеченности и потенциальной доступности детерминированным группам потребителей, нуждающихся в коррекции пищевых рационов по аминокислотному, жирнокислотному, макроэлементному составу [1, 2, 6, 9].

Цель работы — сравнительная оценка соотношения водных фракций, различающихся формой и энергией связи с биополимерным матриксом в составе пищевых модулей из голов и ног цыплят-бройлеров, играющих роль в формировании функционально-технологических свойств (ФТС) и потребительских свойств эмульгированных продуктов типа паштетных масс. Этот фактор определяет такие важные ФТС гидратированных биополимерных систем мясного сырья, как водосвязывающая (ВСС) и влагоудерживающая (ВУС) способность, стабильность эмульсий жир — белок с участием водной фазы.

Вторичные продукты переработки птицы, такие как ноги и головы цыплят-бройлеров, характеризуются высокой массовой долей влаги — 59 и 69% массы сырья соответственно. В качестве объектов исследования использованы экспериментальные и образцы птицепродуктов, полученные путем термовлажностной обработки голов и ног цыплят-бройлеров под избыточным давлением 0,24 МПа.

В качестве объектов сравнения использовали промышленные образцы птицепродуктов: паштет из куриного мяса «Нежный» (ТУ-9216−3 470 833 990−14, производитель ОАО «Великоновгородский мясной двор», г. Великий Новгород); натуральные консервы «Консервы мясные. Мясо цыпленка в собственном соку» (ГОСТ-28 589−90, производитель ООО «БалтРыбТех», Калининградская область, г. Гвардейск). Промышленный образец паштета отличается многокомпонентным составом (фарш куриный, жир свиной, вода, печень свиная, лук, мука пшеничная, соевый белок, а также эмульгирующие, вкусоароматические, цветокорректирующие пищевые добавки).

Сосредоточившись большей частью в клетках тканей, вода находится в свободном и связанном состоянии. Массовая доля воды, а точнее соотношение её свободной и связанной форм является одной из важнейших характеристик продукта, влияющую на структуру, консистенцию и микробиологические показатели, в том числе при разработке пищевых модулей из голов и ног цыплят-бройлеров для получения паштетных масс.

Количество свободной и связанной влаги в образцах определяли дифференциальной сканирующей калориметрией (ДСК) и термогравиметрией (ТГ). ДСК основан на регистрации тепловых эффектов превращений, протекающих в исследуемом образце в условиях программированного воздействия температуры. Термогравиметрия позволяет установить изменения, протекающие в продукте, в том числе потерю массы в процессе повышения температуры [4, 7].

Исследования проведены в лаборатории центра коллективного пользования «Контроль и управление энергоэффективных проектов» ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» на приборе синхронного термического анализа модели STA 449 F3 Jupiter с держателем образца (ДСК/ТГ) типа S в алюминиевом тигле с проколотой крышкой (в качестве эталона использовался пустой алюминиевый тигель с проколотой крышкой), измерения проводились в среде азота класса 5,0 (расход активного газа 50 мл/мин, расход защитного газа 20 мл/мин).

Программное обеспечение: NETZSCHProteus — Термический анализ.

Программа нагрева: нагрев от 25 °C до 200 °C со скоростью 2 °С/мин. Полученные данные представлены в виде кривых ТГ и ДТГ (рис. 1−2).

Рис. 1. Кривые потери массы (ТГ) и зависимость скорости изменения массы (ДТГ) для образцов: а — ноги цыплят-бройлеров (пищевой модуль, экспериментальный образец); б — паштет «Нежный»

Рис. 2. Кривые потери массы (ТГ) и зависимость скорости изменения массы (ДТГ) для образцов: а — консервы мясные, мясо цыпленка в собственном соку; б — головы цыплят-бройлеров (пищевой модуль, экспериментальный образец)

Результатом температурного воздействия, оказанного на образцы, являлось монотонное убывание их массы, весомая потеря которой наблюдалась с температуры 30 °C и заканчивалась при 120 °C. Дальнейшее температурное воздействие существенное влияние на массу образцов не оказывает. Скорость изменения массы в исследуемых графически образцах представлена на кривых ДТГ.

В соответствии с методикой ДСК биообъектов [4, 7], для количественной оценки кинетически неравноценных молекул по полученным кривым участок изменения массы преобразуется в зависимость степени превращения вещества б от температуры (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость превращения вещества (б) от температуры (Т)

Полученная в координатах б-Т кривая ТГ имеет S-образный вид, отражающий сложный характер взаимодействия воды и сухих веществ образцов, и предполагает различия в скорости дегидратации на разных участках кривой.

Для более наглядного интервала температур дегидратации с примерно одинаковой скоростью строится графическая зависимость (-lgб) от величины 1000/Т (рис. 4).

На первом участке кривой происходит нагрев и высвобождение первой водной фракции — воды, содержащейся в пустотах и капиллярах. На втором участке начинается удаление второй водной фракции, причём при удалении первой и второй фракций просматривается единая закономерность.

Рис. 4. Зависимость (-lgб) от величины 1000/Т при нагревании исследуемых образцов

Скорость удаления влаги из образцов пропорциональна увеличению температуры. На третьем участке скорость дегидратации снижается в независимости от увеличения температуры. Это демонстрирует значительное различие величины энергии связи третьей водной фракции от первой и второй. Удаление первой и второй водных фракций из образцов 1 и 3 (пищевой модуль, ноги цыплят-бройлеров и мясо цыпленка) осуществляется при более низком температурном воздействии, это объясняется более рыхлой пространственной структурой образцов.

Данные о кинетике дегидратации исследуемых образцов представлены в таблице 2. биополимерный пищевой бройлер эмульгированный Имеющиеся в литературных источниках сведения и применяемые методы оценки позволяют предположить, что первая и вторая водные фракции соответствуют физико-механически связанной влаге, которая имеет небольшую энергию связи с образцом, и осмотически связанной влаге соответственно [4, 7, 11]. В связи с этим испарение этих фракций происходит достаточно активно. Третья водная фракция соответствует адсорбционно связанной влаге, в результате чего частичное удаление этой фракции протекает медленно.

Таблица 2 — Кинетика дегидратации образцов птицепродуктов.

Таким образом, исследуемые образцы (головы цыплят-бройлеров, ноги цыплят-бройлеров, паштет многокомпонентного состава) характеризуются близкими значениями массового соотношения водных фракций на трех ступенях дегидратации.

Результаты могут быть использованы при разработке рецептурно-компонентных решений пищевых модулей применительно к технологии мясных эмульгированных продуктов, в частности, паштетных масс, предусматривающих первичную термическую обработку исходного сырья без дополнительного внесения пищевых источников биополимерных структур, обеспечивающих стабильное сохранение водных фракций в составе мясных продуктов в процессах тепловой обработки и хранения.

Ожидаемый технико-экономический эффект связан с повышением степени использования вторичного сырья при переработке птицы в основном производстве, расширением ассортимента продуктов питания обогащенного состава за счет натуральных сырьевых источников, повышении устойчивости сырьевой базы птицеперерабатывающих предприятий.

• 1. Глотова И. А. Переработка голов и ног птицы с получением пищевых модулей / И. А. Глотова, А. Н. Литовкин // Мясная индустрия. 2016. № 6. С. 48−50.
• 2. Гуринович Г. В. Изучение состава и свойств белкового сырья от переработки птицы/ Г. В. Гуринович, Р. Н. Абдрахманов // Техника и технология пищевых производств. 2011. Т. 20. № 1. С. 22a-26.
• 3. Дудкина А. С. Особенности связывания цвиттер-ионных липосом с водорастворимыми белками / А. С. Дудкина, А. А. Селищева, Н. И. Ларионова // Биохимия. 2010. Т. 75. № 2. С. 275−285.
• 4. Магомедов Г. О. Исследование изменения соотношений форм связи влаги в мякише хлеба с мучными композитными смесями/ Г. О. Магомедов, Е. И. Пономарева, О. Н. Воропаева, И. В. Кузнецова // Хранение и переработка сельхозсырья. 2009. № 3. С. 26−27.
• 5. Марков Д. И. Влияние «существенной» легкой цепи б1 миозина на агрегационные свойства миозиновой головки / Д. И. Марков, О. П. Николаева, Д. И. Левицкий // ActaNaturae (русскоязычная версия). 2010. Т. 2. № 2. С. 81−86.
• 6. Махонина В. Н. К вопросу оценки качества мяса птицы механической обвалки / В. Н. Махонина, Д. А. Росликов // Птица и птицепродукты. 2013. № 1. С.28−30.
• 7. Патент 2 312 328 (Российская Федерация), МКИ G 01 N 25/56 Способ определения количества водных фракций, отличающихся энергией связи влаги с веществом / В. М. Арапов, С. В. Шахов, М. В. Арапов, С. В. Бутурлин — № 2 006 100 224/13, Заявл. 20.01.2006, Опубл. в Б.И., 2007, № 34.
• 8. Титов С. А. Гидратация в пищевых системах: физические основы и технология продуктов с заданными свойствами: автореферат дис. … д-ра техн. наук: 05.18.07 / С. А. Титов; [Место защиты: Воронеж. гос. ун-т инж. технологий]. — Воронеж, 2011.
• 9. Шестаков С. Д. Управляемая гидратация белка — новая концепция производства безопасных мясных продуктов / С. Д. Шестаков, О. Н. Красуля // Мясная индустрия. 2007. № 2. С. 20−22.
• 10. Управляемая гидратация пищевых биополимеров для экономии сырья на предприятиях общественного питания/ С. Д. Шестаков, Т. В. Баулина, И. Г. Щербакова, Ю. И. Зубцова // Модернизационный вектор развития науки в XXI веке: традиции, новации, преемственность: Сборник научных статей по итогам международной научно-практической конференции. НОУ ДПО «Санкт-Петербургский институт проектного менеджмента», 2016. С. 175−179.
• 11. Шахов С. В. Дериватографический способ анализа видов связи влаги с материалом [Текст] / С. В. Шахов, А. Г. Вострикова, Д. О. Ефременко // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ), 2014. № 6. Часть 3 С. 114 — 116.

Аннотация

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕГИДРАТАЦИИ БИОПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ В СОСТАВЕ ПТИЦЕПРОДУКТОВ

Глотова Ирина Анатольевна д.т.н., доцент РИНЦ SPIN-код=5093−3368 Author ID=134 511 Scopus Author ID=55 996 327 600.

Литовкин Артём Николаевич Аспирант РИНЦ SPIN-код=3991−9594 Author ID=801 925.

Артёмов Евгений Сергеевич Старший преподаватель РИНЦ SPIN-код=5896−1623AuthorID=617 749.

Ермолова Анастасия Викторовна Студентка.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет

имени императора Петра I", Воронеж, Россия

Шахов Сергей Васильевич д.т.н., профессор РИНЦ SPIN-код=2465−3674 Author ID=106 083 Scopus Author ID=57 078 826 300.

Саранов Игорь Александрович Аспирант РИНЦ SPIN-код=9537−2659 Author ID=751 082.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», Воронеж, Россия

Представлены результаты исследования соотношения водных фракций, различающихся по энергии связи с биоматериалом в составе птицепродуктов различного тканевого и биополимерного состава. Использован метод дифференциальной сканирующей калориметрии. В качестве объектов исследования использованы экспериментальные и промышленные образцы птицепродуктов. Экспериментальные образцы получали путем термовлажностной обработки голов и ног цыплят-бройлеров под избыточным давлением 0,24 МПа. Объектами сравнения служили промышленные образцы птицепродуктов: паштет из куриного мяса многокомпонентного состава (фарш куриный, жир свиной, вода, печень свиная, лук, мука пшеничная, соевый белок, эмульгирующие, вкусоароматические, цветокорректирующие пищевые добавки); натуральные мясные консервы «Мясо цыпленка в собственном соку» (ГОСТ 28 589−90). Анализ показал, что головы цыплят-бройлеров, ноги цыплят-бройлеров, паштет многокомпонентного состава характеризуются близкими значениями массового соотношения водных фракций на трех ступенях дегидратации, соответствующим участкам на кривых зависимости степени превращения вещества б от температуры нагрева в логарифмических координатах. Результаты могут быть использованы при разработке рецептур пищевых модулей для производства мясных эмульгированных продуктов из сырья, подвергнутого предварительной термической обработке. Прогнозируемый эффект состоит в повышении степени использования вторичного сырья при переработке птицы в основном производстве, расширении ассортимента продуктов питания обогащенного состава за счет натуральных сырьевых источников, повышении устойчивости сырьевой базы птицеперерабатывающих предприятий Ключевые слова: ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ, ВОДНЫЕ ФРАКЦИИ, ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ, ДЕГИДРАТАЦИЯ, ПТИЦЕПРОДУКТЫ, ЦЫПЛЯТА-БРОЙЛЕРЫ, ГОЛОВЫ, НОГИ, ПАШТЕТНЫЕ МАССЫ.

RESEARCH OF THE DEHYDRATION PROCESSES OF BIOPOLYMER SYSTEMS IN POULTRY PRODUCTS

Glotova Irina Anatolyevna Dr.Sci.Tech., Associate Professor RSCI SPIN code=5093−3368 Author ID=134 511 Scopus Author ID=55 996 327 600.

Litovkin Artem Nikolaevich Graduate student RSCI SPIN code=3991−9594 Author ID= 801 925.

Artemov Evgeny Sergeevich Senior lecturer RSCI SPIN code=5896−1623Author ID=617 749.

Ermolova Anastasiya Viktorovna Student.

Voronezh State Agricultural University n.a. Emperor Peter the Great, Voronezh, Russia

Shahov Sergey Vasilyevich Dr.Sci.Tech., Professor.

RSCI SPIN code=2465−3674 Author ID=106 083 Scopus Author ID=57 078 826 300.

Saranov Igor Aleksandrovich Graduate student.

RSCI SPIN code=9537−2659 Author ID=751 082.

Voronezh State University of Engineering Technologies, Voronezh, Russia

The article presents the results of the study of the ratio of the water fractions, which differ on binding energy with the biomaterial in the composition of poultry products having various fabric and polymeric structure. The authors used the method of differential scanning calorimetry. The objects for the research were experimental and industrial samples of poultry products. We prepared the experimental samples by wet thermal treatment of broilers heads and feet at the pressure of 0.24 MPa. The objects for comparison were the products of industrial production of poultry meat: the paste of chicken meat with multicomponent composition (minced chicken, pork fat, water, pork liver, onions, wheat flour, soy protein, emulsifying, the taste and flavor food additives, color correction supplements); natural canned meat «Chicken in the own juice» (GOST 28 589−90). The analysis showed that the investigated samples (broiles heads, broilers feet, multicomponent paste) were characterized by the similar values of the mass ratio of the water fractions at three stages of dehydration, the relevant sections of the curves based on the degree of conversion of the substance б from the heating temperature in logarithmic coordinates. The results can be use in the development of formulations of food modules for the production of emulsified meat products from raw materials, subjected to preliminary heat treatment. We expect that the positive effect will be to increase the degree of utilization of secondary raw materials in the processing of poultry in primary production, expanding the range of foods enriched composition due to the natural raw material sources, improving sustainability of raw material base of processing companies.

Keywords: DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY, THE WATER FRACTION, BINDING ENERGY, DEHYDRATION, POULTRY PRODUCTS, BROILER CHICKENS, HEADS, FEET, PASTE MASS.