Колаген зі свинячої шкіри: метод вилучення та структурні властивості

Статті

Повна стаття
Цифри та дані
Список літератури
Цитати
Метрики
Ліцензування
Передруки та дозволи
PDF

АНОТАЦІЯ

У цій роботі представлено дослідження переробки колагенвмісної сировини та її змін у процесі цілеспрямованої комплексної переробки гідролізом, включаючи сублімаційну сушку. Визначали рН, хімічний склад, величину проникнення та критичну напругу зсуву. Висушені зразки досліджували за допомогою інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур'є та характеризували їх мікроструктури. Характерною властивістю розробленого продукту було визначено наявність відносно однорідної фібрилярної структури, що сприяє функціональній здатності білків, що утворюють протеїноїди, у композиціях харчових продуктів різних груп.

Вступ

Досягнення біотехнології та її все ширше застосування у виробництві продуктів харчування дозволяють не лише розширити асортимент, але й відповідати адекватному та функціональному харчуванню. Через поточну економічну ситуацію підприємства, що виробляють харчові продукти із сировини тваринного походження, шукають нетрадиційні джерела сировини, а саме відходи, отримані в процесі обробки шкіри тварин, обвалки та знежирення. [1,2] Дослідники розробляють продукти, що містять білок, і, зокрема, замінники жиру для м’ясних продуктів. [3–5] Це дослідження зосереджується на відповідній проблемі: відомо, що похідні шкіри тварин мають неоднорідну структуру з усіма класами тканин (сполучної, епітеліальної, гладкої мускулатури та нервової).

Шкіра сільськогосподарських тварин, особливо свинячої, містить диференційовані основні матричні речовини, включаючи клітини, свинячу шерсть, фолікули та супутні мікрокомпоненти, які не тільки визначають реологічні властивості сировини, але й корелюють із міцнісними властивостями волокон і капілярно-пориста структура досліджуваної матриці. Формування сировинних капілярів пов'язано з різними структурами, наприклад, ліпоцитами, які утворюють волокнисті смуги, що проходять по всій товщі сировини. Тому обробка повинна бути спрямована на видалення зайвого жиру.

Метою досліджень була розробка технологічних рішень та рецептів желепродуктів та систем м’ясного фарсу на основі виявлення окремих технологічних процесів, включаючи лужно-сольовий препарат колагенвмісної сировини, що передбачає очищення від небажаних фракцій (жиру та похідні кератину), сублімаційне сушіння та інші впливи на структури та властивості сировини.

Матеріали і методи

На етапі дослідження застосовувались попередньо розроблені технологічні рішення, включаючи методи [6–8], що передбачають контрольований гідроліз зразків білкового продукту. Об'єктами дослідження були зразки шкіри, отримані з туш свиней. Зразки (25 × 25 мм) вирізали з двох симетричних частин свинячої шкіри.

Опубліковано в Інтернеті:

Таблиця 1. Зміна фізико-хімічних показників сировини при переробці.

У розчині NaCl + NaCl відбулося розпушення пучків колагенових волокон і розчинення органічних речовин кератинових структур, що покращило сенсорне сприйняття продуктів в результаті термічної обробки. Крім того, відомий вплив різних солей на структури колагену I типу, що дозволяє їх диспергувати та екстрагувати безпосередньо. [9]

Визначено хімічний склад, рН та реологічні властивості зразків. Гідролітичну обробку сировини для отримання білкового продукту проводили із застосуванням захищеної патентом лужно-сольової процедури. [7,8]

Після закінчення гідролітичної обробки та нейтралізації зразки піддавали вакуумному заморожуванню з використанням дослідного стенду СВП-0.36 [10], який був розроблений в Московському державному університеті прикладних біотехнологій/Московському державному університеті харчового виробництва і призначений для вивчення процесів вакуумної дегідратації широкого спектра термолабільних матеріалів, включаючи сировину з м’яса. Основними особливостями стенду є системи вакууму та охолодження. Перший дозволяє традиційне вакуумне сублімаційне сушіння за допомогою фазового переходу «лід-пара», а другий забезпечує зневоднення у режимі вакуумного випаровування. Вигляд стенду та зразків сировини представлений на малюнку 1 (A, B). Параметри сушіння були обрані з використанням наступних передумов. Завдяки сублімаційній сушці високоякісні термолабільні матеріали були досягнуті при видаленні 75–90% вологи фазовим переходом крига-пара. Водночас із зменшенням температури сублімації якість ліофілізованих термолабільних матеріалів зросла, але питома витрата енергії на сушіння зросла пропорційно.

Опубліковано в Інтернеті:

Рисунок 1. Загальний вигляд дослідного стенду СВП-0.36 та зразків сировини.

В отриманих зразках визначали хімічний склад, рН та реологічні властивості. Вміст вологи визначали за допомогою гравіметричного методу (сушіння в лабораторній сушильній шафі при температурі 100 ± 5 ° С). Напівавтоматичний аналізатор “Kjeltec” (“Tecator”, Швеція) використовували для визначення вмісту білка (визначення загального азоту в мінералізованій пробі). Метод Сокслета використовує багаторазову екстракцію гарячим розчинником (хімічно чистий CCl4) у стандартному скляному приладі для визначення вмісту жиру. РН визначали за допомогою рН-метра «рН-420» (Аквілон, Росія) з діапазоном рН -0,5 - 14.

Мікроструктурний аналіз проводили за методами Саркісова та Перова [11], Пчелкіної та Хвілі [12], використовуючи дослідницький мікроскоп C. Zeiss AxioImager з фото- та відеосистемами для вивчення гістологічних зображень. Для скануючої електронної мікроскопії був використаний прилад FEI VERSA 3D (Нідерланди) з високою роздільною здатністю та комп’ютерною системою аналізу зображень (компанія “Системи для мікроскопії та аналізу”).

Ступінь проникнення вимірювали напівавтоматичним пенетрометром PN 10 з конусним індентором вагою 70 г та кутом 2 α 60 градусів, і значення перераховували як граничне напруження зсуву згідно з формулою Ребіндера (1): (1) Θ = м × к/год 2 (1)

де м - маса конусного індентора, кг; k - коефіцієнт, що враховує геометрію індентора; і h - ступінь проникнення, м. Висушені зразки досліджували за допомогою інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур'є [13] за допомогою спектрометра ALPHA Fourier-IR (Bruker) з одним ослабленим модулем повного внутрішнього відбиття з кристалом алмазу, призначеним для універсального базового спектрального аналізу в середньому ІЧ-діапазоні від 375 до 7500 см -1. Підготовка зразків до ІЧ-спектроскопії була мінімальною: зразки порошків білкових модулів (ПМ) наносили на кристал алмазу інтерферометра і фіксували затискним пристроєм; спектр отримували в автоматизованому режимі. Інтерферометр RockSolid забезпечував стабільні та точні результати та не вимагав коригування. Спеціалізоване програмне забезпечення OPUS/Mentor (Брукер, Німеччина) відповідало стандартам GLP (належні лабораторні практики) та GMP (належні виробничі практики) та керувало користувачем при аналізі від вимірювання спектрів до оцінки їх результатів, включаючи ідентифікацію та (кількісні) аналіз окремих компонентів у спектрі суміші та візуалізація збігу спектрів з такими в бібліотеках даних про харчові компоненти та добавки.

Технологія та рецептура випробувань були стандартними [Таблиця 2 тут] і передбачали варіння сировини з м’яса (яловичини) протягом 3–3,5 год. За годину до готовності м’ясної сировини за рецептом додавали моркву, цибулю та спеції. Приготовлене м’ясо виймали з ємності і подрібнювали на м’ясорубці. Фарш поєднують з бульйоном, солять (2% хлорид натрію), доводять до кипіння і перемішують. При подрібненні в м’ясорубці додали регідратований ПМ на основі колагенвмісної сировини, приготований за опублікованими методами [7,8].