Использование казеината натрия в составе эмульгированных мясных продуктов с позиции современной науки о мясе

Использование казеината натрия в составе эмульгированных мясных продуктов с позиции современной науки о мясе.

Канд. техн. наук Н.В. Гурова
Канд. хим. наук В.В. Сучков
Канд. хим. наук И.А. Попело
МГУ прикладной биотехнологии

Использование казеината натрия в рецептуре мясных продуктов в России началось с 1974 г., когда была утверждена «Технологическая инструкция по применению казеината натрия и белково-жировой эмульсии, содержащей казеинат натрия, при производстве вареных колбасных изделий». Инструкция разработана коллективом лаборатории «Технологии колбас и полуфабрикатов» ВНИИМПа, которую в то время возглавляла канд. техн. наук P.M. Салаватулина. Это был один из первых опытов переработки изолированных белков в продукты питания и сейчас является неотъемлемой частью современной пищевой технологии, которая характеризуется двумя основными чертами.

Одна из них – широкомасштабный переход производства продуктов питания на промышленную основу, что предполагает их выработку с заданными характеристиками (пищевой ценностью и органолептическими показателями). Эта задача трудноразрешима в рамках традиционной технологии, поскольку мясное сырье имеет биологическое происхождение, его качество зависит от многих факторов и поэтому не поддается стандартизации в полной мере. Кроме того, возможности технологического процесса ограничены. Появление на рынке стандартизированных пищевых ингредиентов позволяет компенсировать эти недостатки.

Вторая - развивающаяся тенденция к глубокому фракционированию сельскохозяйственного сырья с целью наиболее полного извлечения пищевых веществ и получения однородных по составу и структуре стандартизированных фракций. Следует отметить, что при фракционировании сырья можно целенаправленно регулировать как пищевые, так и функциональные его свойства.

Широкие возможности современной пищевой технологии позволяют перерабатывать стандартизированные фракции в пищевые продукты с заданным химическим составом и свойствами, а также расширять сырьевую базу за счет использования нетрадиционных источников, что имеет существенное экономическое, технологическое и техническое значение.

Одним из наиболее важных продуктов глубокого фракционирования сельскохозяйственного сырья стали препараты молочных белков, в частности казеинат натрия. Технология производства этого продукта представляет сравнительно простой процесс, поскольку исходное сырье в силу биологического происхождения не содержит токсических и антипитательных веществ.

Казеинат натрия получают путем растворения сухого или свежеосажденного казеина под действием солей или гидроксида натрия. На протяжении многих лет нам приходилось неоднократно оценивать функциональные свойства казеинатов, выработанных разными компаниями. В результате наших исследований установлено, что белки, входящие в большинство препаратов казеината натрия, полностью растворяются при рН выше 6,0 и обладают хорошими эмульсионными свойствами.

Казеинат натрия используют в основном для производства эмульгированных мясных продуктов (паштетов, вареных колбас, сосисок, сарделек, ливерной колбасы), а также сырокопченых колбас. Наиболее перспективно и эффективно применение казеината натрия в мясной промышленности для производства паштетов и вареных колбас. В течение многих лет использование казеината натрия позволяло оптимизировать белковый состав этих продуктов, вырабатывать продукты детского и специализированного питания, регулировать структурно-механические свойства фарша и готовых изделий, снижать потери массы при термообработке и риск образования бульонно-жировых отеков, экономить мясное сырье, расширять возможность рационального использования субпродуктов и жира-сырца [1-6].

Существует два способа введения казеината натрия в эмульгированные мясные продукты: в виде сухого порошка и белково-жировой эмульсии [1]. Первый способ заключается в замене 10 % мяса на 2 % казеината натрия и 8 % воды при производстве вареных колбас I и II сортов и не требует изменения технологического процесса. Как это следует из научных публикаций, пищевая ценность готовых продуктов остается неизменной [1-6].

При втором способе необходимо предварительное эмульгирование, которое можно осуществлять в куттере, эмульситаторе, гомогенизаторе или коллоидной мельнице. Для этих целей используют говяжий или свиной жир-сырец; состав эмульсии следующий: казеинат натрия - 9 %; жир-сырец - 45,5 %; вода - 45,5 %; поваренная соль - 2,2 % к массе эмульсии [1]. Такие эмульсии рекомендованы для использования в рецептуре вареных колбас I и II сортов для замены 10 % говядины или свинины. При этом отмечается уменьшение числа жировых отеков после термической обработки колбасных изделий и достигается экономия мяса без ухудшения качества готовой продукции.

В работе [7] описывается следующий способ введения казеината натрия в количестве 2 % от рецептуры продукта. Часть казеината натрия (20-50 % от количества в рецептуре) добавляют в сухой форме непосредственно к мясному сырью перед куттерованием; другую часть используют для эмульгирования жира, затем обе смеси соединяют.

Следует отметить, что технологи, как правило, предпочитали первый способ, поскольку он не требовал дополнительной операции и давал положительный конечный результат. Однако сейчас хорошие показатели качества обеспечиваются, когда в составе продукта достаточно высокое содержание мышечной ткани, а функционально-технологические свойства мясного сырья удовлетворительные. Поэтому мы хотели бы проанализировать оба способа для обоснования использования казеината натрия в составе эмульгированных мясных продуктов.

Целенаправленное использование препаратов белков для выработки эмульгированных мясных продуктов базируется на достижениях диетологии, а также на научных представлениях о физико-химической сущности мясных систем [8]. Фарш эмульгированных мясных продуктов, а также готовые изделия - это комбинация дисперсных систем. Их структуру определяют мясные белки, которые наиболее полно экстрагируются под действием хлорида натрия и фосфатов в процессе измельчения. При куттеровании фарша происходит измельчение мышечных и соединительнотканных волокон, а также эмульгирование жира. В результате образуется сложная пищевая система, дисперсной фазой которой являются эмульгированные частицы жира, набухшие частицы мышечных и соединительнотканных волокон разного размера. Они равномерно распределены в вязком растворе саркоплазматических и миофибриллярных белков, являющимся дисперсионной средой.

Вследствие взаимодействия нерастворимых частиц образуется гелеобразная тиксотропная структура. После термообработки, в результате денатурации белков мяса, дисперсионная среда образует гелеобразный матрикс, имеющий конденсационно-кристаллизационую структуру, в котором удерживаются частицы дисперсной фазы. Таким образом, наиболее важными свойствами мясных белков являются эмульсионные свойства, растворимость в воде и присутствие соли с образованием высоковязких растворов, способность к термотропному гелеобразованию. Естественно, что в мясной системе должно быть достаточное количество мясных белков для реализации всех свойств. При диспергировании жира в водных растворах белка образуется большая поверхность раздела фаз, на которой адсорбируется белок. Его концентрация в водной фазе снижается по мере роста поверхности, например, при повышении содержания жира, увеличения скорости или продолжительности куттерования. Для мясной системы это означает следующее. При небольшом содержании мясных белков и высоком содержании жира в системе белка может оказаться недостаточно для стабилизации образовавшейся поверхности. Вследствие этого частицы жира будут коалесцировать на стадии приготовления фарша либо при термообработке, которая ускоряет процесс коалесценции. Может наблюдаться и другая ситуация, когда для стабилизации поверхности частиц жира белка достаточно, но его концентрация в водной фазе мясной системы падает ниже критической концентрации гелеобразования вследствие адсорбции. Это отрицательно сказывается на свойствах фарша, а также на структурно-механических и органолептических свойствах готового продукта.

При недостаточном потенциале мясных белков (высокое содержание жира в рецептуре мясных продуктов, денатурация белков мяса при хранении сырья в замороженном состоянии, использовании мяса птицы и т.д.) или замене части мясного сырья на препараты белков разного происхождения последние, хотя бы частично, должны выполнять функции мясных белков. В условиях, характерных для большинства мясных систем (рН выше 6,0; концентрация хлорида натрия 2-2,5 %), а также при температурах, которые поддерживаются на разных стадиях технологического процесса, препараты казеината натрия имеют высокую растворимость и эмульгирующие свойства, однако гелей они не образуют. Именно поэтому казеинат натрия следует рассматривать прежде всего как эмульгатор, способный адсорбироваться на поверхности частиц жира и образовывать прочный адсорбционный слой. Это предотвращает частичную коалесценцию частиц жира при куттеровании и слияние (коалесценцию) расплавленных капель жира на стадии термообработки продукта. Таким образом, риск образования жировых отеков уменьшается.

Поскольку казеинат натрия способен выполнять роль эмульгатора, то большая часть растворимых миофибриллярных белков остается в дисперсионной среде фарша, что повышает его вязкость и водоудерживающие свойства, а после термообработки приводит к образованию прочного матрикса. Кроме того, известно, что казеинат натрия повышает водоудерживающую способность мясных эмульсий, а также положительно влияет на их текстуру.

Однако есть важный момент, который недостаточно обсуждается в научной литературе, применительно к технологии производства мясных продуктов. Речь идет о конкурентной адсорбции белков на поверхности вода/жир. Суть явления заключается в том, что при диспергировании жира в присутствии нескольких белков на поверхности раздела фаз адсорбируются преимущественно более поверхностно-активные белки. Исследования показали, что поверхностная активность мясных белков, в частности миозина, существенно выше, чем других пищевых белков. Таким образом, при эмульгировании жира в присутствии мясных белков и казеината натрия поверхность частиц жира будет стабилизирована преимущественно миозином, а казеинат натрия останется в водной фазе. Если при этом в системе имеется достаточное количество мясных белков, то фарш и готовый продукт будут обладать требуемыми свойствами. Как мы уже отмечали, казеинат натрия не образует гели при нагревании, однако удерживает воду в матриксе, образованном мясными белками. Это придает продукту особые органолептические свойства, которые делают его привлекательным для многих потребителей.

Следует рассмотреть и другую ситуацию: эмульгирование жира в присутствии казеината натрия и мясных белков при недостатке последних. В этом случае после эмульгирования жира в водной фазе фарша останется преимущественно казеинат натрия, вязкость растворов которого существенно ниже, чем вязкость растворов мясных белков, и он не является гелеобразователем. В результате увеличивается риск бульонных отеков, а также ухудшаются свойства фарша и готового продукта.

Для решения этой проблемы казеинат натрия следует применять в виде белково-жировых эмульсий. Такой подход позволяет разделить функции белков, обеспечив максимально возможное проявление взаимодополняющих функциональных свойств мясных и молочных белков. В отсутствие конкуренции эмульгирование жира под действием казеината происходит весьма эффективно. Добавление готовой эмульсии в процессе приготовления фарша приводит к тому, что мясные белки в системе полностью расходуются на гелеобразование.

Таким образом, мы обосновали способ использования казеината натрия в составе эмульсий жира при производстве эмульгированных мясных продуктов.

Остановимся в общих чертах на возможных способах регулирования эмульсионных свойств. Первым из них является использование в качестве эмульгатора водорастворимых комплексов казеината со свекловичным пектином в эмульсиях следующего состава: жир-сырец свиной или говяжий 20 %; казеинат натрия 15 %; свекловичный пектин 1 %, вода 64 % (ТУ 49-1012-83 Колбаса вареная подольская первого сорта). Эмульсия остается устойчивой в процессе ее хранения и переработки в составе колбасного фарша и имеет гораздо лучшие реологические показатели, чем аналогичные эмульсии, стабилизированные только белком. Последнее обстоятельство позволяет заменять до 30 % фарша, не ухудшая структурно-механические характеристики готового продукта и не снижая его биологической ценности. Эмульсии приготавливают в куттере, взамен жира-сырца допускается использование топленого свиного жира, а также говяжьего или костного жира не ниже I сорта.

Другой способ регулирования эмульгирующих свойств казеината натрия - использование его в сочетании с жирорастворимыми низкомолекулярными поверхностно-активными веществами, например, моно- и диглицеридами жирных кислот. Адсорбция белков и жирорастворимых НМПАВ приводит к образованию комбинированного адсорбционного слоя на поверхности частиц жира, реологические свойства которых превосходят аналогичные свойства каждого эмульгатора в отдельности [8]. Применение таких композиций наиболее эффективно при высоком содержании жира в рецептуре продукта, а также при жестких режимах термообработки.

И, наконец, способом, повышающим эффективность эмульгирования при получении белково-жировой эмульсии, является повышение температуры эмульгирования до 35-60°С, что способствует плавлению жира. Такая возможность обусловлена тем, что казеинат натрия не изменяет свойств (прежде всего растворимость) после термообработки. Такой подход совершенно невозможен при получении фарша эмульгированных мясных продуктов, поскольку мясные белки при нагревании денатурируют, теряют свою растворимость и эмульгирующие свойства. Именно поэтому куттерование проводят при пониженных температурах.

Итак, способность образовывать и стабилизировать эмульсии является ключевым функциональным свойством казеината натрия, которое следует максимально использовать в технологии производства эмульгированных мясных продуктов. Применение казеината натрия в виде водорастворимых комплексов со свекловичным пектином, а также в сочетании с жирорастворимыми низкомолекулярными поверхностно-активными веществами улучшает качество готовых продуктов независимо от способа введения. Выбор способа введения казеината натрия в мясные продукты определяется их рецептурой и свойствами мясного сырья. Однако применение казеината натрия в виде белково-жировых эмульсий является более универсальным и надежным. Использование в полной мере потенциала казеината натрия будет способствовать созданию принципиально новых эмульгированных мясных продуктов, наиболее перспективными из которых являются паштеты, обладающие различной текстурой.

ЛИТЕРАТУРА
1. Граф В.А. Производство казеината и использование его в мясной промышленности //Обзорная информация. Серия: Мясная промышленность № 23, : ЦНИИТЭИМясомолпром СССР, 1975.
2. Технология производства и использование растворимых молочнобелковых концентратов /Соколов А.А., Гроностайская Н.А., Алексеева Н.Ю. и др. //Обзорная информация. Серия: Цельномолочная промышленность № 8, М.: ЦНИИТЭИМясомолпром СССР. 1976.
3. Горбатов В.М. Новые исследования в области мясной промышленности //Обзорная информация. Серия: Мясная промышленность, М.: ЦНИИТЭИМясомолпром СССР, 1978.
4. Колесникова Л.А., Успенская Н.Р. Использование казеината натрия при производстве котлет //Труды / ВНИИМП, 1977. Вып. XL.
5. Влияние добавок и измельчения на пароконтактную обработку фаршевых мясопродуктов /Бражников A.M., БОЛЬШАКОВ А.С., Кроха Ю.А. и др. //Известия ВУЗов. Пищевая технология, №1(140). 1981.
6. Schut J. Meat emulsions //Food emulsions / Ed. Friberg S. New-York: Marcel Dekker, 1976.
7. Hoogenkamp H.W. Vegetable protein. Interactive technology and markening for meat, poultry and lifestyle foods. Protein Technol. Intern. Inc., 1998.
8. Гурова Н.В. Влияние НМПАВ различной природы на свойства эмульсий, стабилизированных молочными белками //Сб. докладов 3-й Международной научно-технической конференции «Пища, экология, человек». М.: 1999