Использование крахмала в мясной промышленности
Аннотация. В статье приведены типы крахмалов, используемых при производстве мясных продуктов, их морфологические особенности и особенности процессов клейстеризации. Приведены иллюстрации крахмалов в крахмалоносах и в составе мясных продуктов.
Abstract. The types of starches used in the production of meat products, their morphological features and peculiarities of the gelatinization process are presented in this article. The illustrations of starches in starch-bearing and in meat products are given.
Никакой другой пищевой ингредиент не может конкурировать с крахмалом по такой абсолютной универсальности применения в пищевой промышленности. Второй после целлюлозы по распространенности в природе, этот полимерный углевод был спроектирован ею в качестве энергетического запаса растений. С незапамятных времен крахмальные продукты применяются в колбасном производстве. Использование крахмалов в мясной промышленности обусловлено тем, что очень часто предприятиям отрасли приходится перерабатывать мясо, имеющее неудовлетворительные функциональные характеристики. Это мясо, подвергавшееся длительному хранению в замороженном состоянии и имеющее низкую водосвязывающую способность (ВСС). А также мясо низкого сорта, содержащее значительное количество соединительной ткани.
Одновременно на современном рынке мясопродуктов очень велика доля продукции экономкласса, для производства которой крахмал оказывается одним из наиболее часто употребляемых ингредиентов. Причины - стоимость крахмала в 3-3,5 раза ниже, чем говядины 2 сорта и в 2 раза ниже, чем соевого изолированного белка.
Крахмал обладает свойствами загустителя, стабилизатора и структурирующего агента. Это вещество способно позволить снизить содержание жиров, связывать между собой частицы смесей, удерживать ароматические компоненты и регулировать влажность. Все это делает крахмал одним из самых универсальных и доступных ингредиентов.
Крахмал – это сложный углевод, образующийся в растениях и откладываемый ими в качестве запасного питательного вещества. Он представляет собой смесь двух гомополисахаридов: линейного – амилозы (от греч. ámylon – крахмал) и разветвленного – амилопектина (от греч. ámylon – крахмал, pēktes – сбитый, сплочённый), общая формула которых (C6H10O5)n.
В воде амилоза не дает истинного раствора, а цепочка амилозы образует гидратированные мицеллы. Вследствие своей более простой полимерной структуры амилоза имеет свойство выпадать в осадок с образованием не растворимых кристаллов. Амилопектин также в воде не дает истинных растворов. Благодаря разветвленной структуре полисахарида он сильно набухает в горячей воде, образуя вязкие коллоидные растворы (клейстер). С раствором йода образуется комплекс, имеющий красно-бурую окраску, благодаря чему с помощью светового микроскопа возможна идентификация крахмалов за счет образования окрашенных комплексов с йодом амилозы и амилопектина.
Соотношение амилозы и амилопектина в любом нативном крахмале зависит не только от его сырьевого источника, но и от селекции сельскохозяйственной культуры, изменяясь в ходе процесса, известного как гибридизация. В качестве примеров чаще всего приводят воскообразные и высокоамилозные крахмалы. В них содержание амилозы к амилопектину колеблются в соотношении 1 к 99%.
У разных растений в крахмальном зерне (грануле) соотношение амилозы и амилопектина, размеры частицы, ее форма и строение могут существенно отличаться (таблица 1).
По этим признакам можно идентифицировать вид растения крахмалоноса – родоначальника крахмала. Под микроскопом освещенные поляризованным светом зерна крахмала проявляются в виде характерной формы «Мальтийского креста» (явление двойного лучепрелoмления). По рисунку и форме зерна при микроскопировании можно определить его происхождение.
Таблица 1
Характеристика крахмальных гранул [Филлинс Г.О, 2006]
| Источник | Диаметр зерен, мкм | Морфология зерен |
| Картофель | 5-100 | Овальные; сферические |
| Пшеница | 1-45 | Круглые; линзообразные |
| Кукуруза (маис) | 5-30 | Круглые; многоугольные |
| Воскообразная кукуруза | 5-30 | То же |
| Кукуруза с высоким содержанием амилозы | 5-30 | Многоугольные; неправильной формы; удлиненные |
| Тапиока | 4-35 | Овальные; усеченные |
| Рис | 15-65 | Многоугольные; сферические; сложные зерна |
| Сорго | 15-65 | Овальные; усеченные |
В растениях молекулы амилозы и амилопектина упорядочены в виде крахмальных зёрен. Крахмальные зерна представляет собой нерастворимые, плотные и микроскопические полукристаллические гранулы размером от 1 до 100мкм. Это означает, что 1 г крахмала содержит порядка 1 млрд. зерен, а каждое зерно, в свою очередь, содержит около 10 000 млрд. молекул.
Крахмалы обычно принято разделять на 4 группы: - крупнозернистые (10-120 мкм), - среднезернистые (5-30) мкм, - мелкозернистые (1-10 мкм), - с бимодальной дисперсностью (2-5 и 10-50 мкм). Каждая группа имеет собственные 3 подгруппы, различающиеся содержанием амилозы в крахмальном зерне: - нормальная группа (нор) – 20-30%, - амилозная (амл) – более 30%, - амилопектиновая (амп) – менее 20%.
Из сказанного ранее следует, что строение крахмальных зерен в значительной степени определяет функциональные свойства крахмала. Использование различных крахмалов в производстве соответственно зависит от вида термообработки мясопродукта и всего режима производственного процесса, связанного с его приготовлением.
Нативные крахмалы для использования в пищевых целях, как правило, предварительно подвергаются термической обработке в присутствие воды. Неповрежденные крахмальные зерна не растворимы в холодной воде, но могут обратимо впитывать влагу и легко набухают. Характер происходящих при этом изменений структуры зёрен крахмала является индивидуальным отличительным признаком данного вида крахмала и соответственно вида крахмалоноса. Например, для типичного кукурузного крахмала увеличение диаметра зерен при набухании составляет – 9,1%, а для восковидного – 22,7%.
При повышении температуры увеличивается колебание молекул крахмала и разрушаются межмолекулярные связи. Это приводит к высвобождению мест связывания в полисахариде через водородные связи для активизации взаимодействия с молекулами воды.
Амилоза диффундирует из аморфной части зерен частично переходит в раствор. А амилопектин остается по-прежнему, в основном, в нерастворимом состоянии. Это перемещение воды при увеличивающемся разделении больших и длинных сегментов крахмальных цепей способствует неупорядоченности в общей структуре и уменьшению числа и размера кристаллических областей. При дальнейшем нагреве в присутствии большого количества воды происходит полная потеря кристалличности. Визуально наблюдается потеря очертания нативных крахмальных зерен. Полисахариды переходят в раствор, и начинается процесс клейстеризации. Как правило, большие крахмальные зерна клейстеризуются при более низкой температуре, по сравнению с мелкими зернами. Температуру, соответствующую разрушению полисахаридной внутренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. Она зависит от растительного источника получения крахмала, так же как от происхождения крахмала зависит и изменение вязкости при протекании процесса клейстеризации.
На начальных стадиях повышения температуры среды вязкость крахмала не меняется, так как гидратация происходит внутри гранулы на молекулярном уровне. Это стадия желирования легче измеряется при изучении с помощью оптического микроскопа ввиду отсутствия видимого изменения в грануле.
Первым показателем является при гелеобразовании исчезновение характерного рисунка типа «Мальтийского креста». На этой стадии являются обратимыми гидратация и набухание, так как сохраняется, достаточная для возвращения к первоначальному состоянию после охлаждения или высушивания молекулярная память. Как только гидратация достигает критической стадии клейстеризации, происходят резкие изменения в вязкости крахмальных частиц. И теперь структурные изменения в крахмальной грануле уже являются необратимыми (рис.1).
| Гороховый крахмал |  в сухом виде |
 при температуре гидратации 40оС |
 при температуре гидратации 75оС |
| Кукурузный крахмал |  в сухом виде |
 при температуре гидратации 40оС |
 при температуре гидратации 75оС |
| Тапиоковый крахмал |  в сухом виде |
 при температуре гидратации 40оС |
 при температуре гидратации 75оС |
| Картофельный крахмал |
 в сухом виде |
 при температуре гидратации 40оС |
 при температуре гидратации 75оС |
Рисунок 1 – Изменение структуры крахмальных зерен при разных температурных режимах гидратации
Температуры клейстеризации различаются в зависимости от вида растения и происхождения крахмала. Это связано с различной доступностью гранулы полисахарида по отношению к гидратации. Доступность определяется соотношением в частице амилозы и амилопектина, концентрацией веществ липидной природы и другими факторами.
В пищевых продуктах, вырабатываемых из мясного сырья, крахмал используется для связывания воды с целью увеличения выхода и уменьшения себестоимости готового продукта. А также для снижения потерь при тепловой обработке улучшения текстуры, способности нарезаться, сочности и увеличения срока годности. Реструктурированные или измельченные мясные продукты нуждаются в тепловой обработке с доведением минимальной внутренней температуры от 72°С до 75°С с целью обеспечения их безопасности. При таких температурах рекомендуют использовать картофельные крахмалы, которые легко набухают при низких температурах клейстеризации. Крахмалы из восковой кукурузы и тапиоки, обладающие высокой устойчивостью к снижению температуры клейстеризации, также очень хорошо связывают молекулы воды в течение срока хранения в охлажденном или замороженном состоянии.
Картофельный крахмал обычно хорошо подходит для продуктов из крупных кусков мяса домашней птицы или убойных животных. Также для производства продуктов типа вареных колбас и сосисок. Картофельные крахмалы начинают связывать воду при более низких температурах, чем это делает кукурузный крахмал, поэтому его хорошо использовать, когда процесс приготовления продуктов происходит при невысоких температурах. Кукурузный крахмал в таких условиях не связывает воды и является чистым балластом. Картофельный крахмал прекрасно корректирует вкусовые качества продуктов из птицы. Большинство продуктов из птицы содержат крупные куски мяса, а картофельный крахмал с его большими частицами сорбирует соседние частицы сырья, и держит волокна мяса вместе.
Кукурузный крахмал применяют для продуктов из говядины, требующих при нарезании на ломтики значительных усилий, потому что амилоза после желатинизации не теряет прочности. Для мясного продукта, требующего связывания большого количества воды, рекомендуется использовать крахмал из восковой кукурузы. Быстрорастворимый крахмал с низкой скоростью гидратационных изменений лучше всего использовать в таких продуктах. При смешении крахмала с маринадом и последующем вакуумном или инъекционном введении в мясо, процесс гидратации проходит таким образом, что вязкость продукта не меняется до момента использования.
Зерновые крахмалы и мука зерновых применяются в качестве связывающих веществ для мясных продуктов, когда температура конечной обработки в процессе выпечки значительно превышает предел клейстеризации данных крахмалов. В качестве связывающих компонентов все шире стали применять предварительно клейстеризованные ингредиенты вследствие их значительной первичной способности поглощать воду.
Нативные крахмалы способны к клейстеризации (образованию клейстеров). Этот процесс имеет ряд недостатков: они чувствительны к действию нагреванию и чрезмерному охлаждению, склонны к синерезису, недостаточно стабильны при длительном хранении. Также ингредиенты, присутствующие в мясных системах, изменяют функционально-технологические свойства крахмалов и степень их выраженности в процессе термообработки. В их число входят наличие белка и жира, использование которых сопровождается обволакиванием молекул крахмала, что замедляет гидратацию частицы крахмала и снижает как скорость гелеобразования, так и уровень вязкости, адгезии и ВСС. Низкие значения рН ускоряют набухание гранул крахмала.
Для создания крахмалов, обладающих наилучшими функционально-технологическими свойствами, их подвергают целенаправленным изменениям. Основных способов модификации крахмала различают несколько – физический, химический, биохимический или комбинированный способ. В тоже время в мире производят десятки различных видов модифицированных крахмалов. Их используют при производстве пищевых продуктов, либо в чистом виде, либо в составе многокомпонентных функциональных добавок к другим пищевым продуктам.
Некоторые модифицированные крахмалы мало отличаются по составу и физико-химическим свойствам от нативного крахмала. Различают следующие виды крахмалов: лишенный запаха, с измененным цветом, рассыпчатый и др. Наряду с ними известны и другие модифицированные крахмалы. Их получают путем направленного изменения их природных свойств: набухающие, термически расщепленные, жидко кипящие и др.
Чаще всего следующие модификации крахмалов применяют для производства мясопродуктов: Е 1404 – окисленные крахмалы; Е 1412 – дикрахмалфосфат, этерифицированный тринатрийфосфатом или хлорокисью фосфора; Е 1414 – ацетилированный дикрахмалфосфат; Е 1420 – ацетатный крахмал, этерифицированный уксусным ангидридом; Е 1422 – ацетилированный дикрахмаладипат.
Крахмалы, (жидко кипящие) модифицированные кислотами, получают при нагревании водных растворов крахмалов с кислотами при не превышающей точку клейстеризации температуре, Отличительной особенностью подобных крахмалов является их клейстеризованные в нагретом растворы имеют значительно меньшую вязкость, чем у обычных крахмалов. Вместе с тем после охлаждения такие растворы крахмала образуют прочные студни.
Фосфатирование крахмала позволяет получать клейстеры с повышенной устойчивостью к перемешиванию, низким значениям рН, хранению, замораживанию-оттаиванию. Ацетилирование крахмала способствует снижению вязкости его клейстеров с одновременным изменением их стабильности и пленкообразующей способности. Такие крахмалы чаще всего применяются как структурообразователи и загустители.
Стабилизированные крахмалы – представляют собой продукты химической модификации специфическими реагентами с формированием производных с либо простой либо сложной эфирной связью по гидроксильным группам. Эти крахмалы характеризуются пониженной температурой клейстеризации, высокой растворимостью, повышенной прозрачностью и стабильностью геля.
При гистологическом анализе ингредиентов мясных продуктов, для выявления крахмала принято использовать окраску препаратов растворами йода. На срезах частицы крахмала выглядят как разрозненные темно- или светло-коричневых зерен разной величины (рис.2), либо в составе частиц муки крупными четко ограниченными образованиями.
Рисунок 2 – Крахмальные зерна в сосисках (окраска раствором Люголя) (об.20х)
При окраске гематоксилином и эозином крахмал может приобретать светло-голубой оттенок и различима более сложная внутренняя структура, специфическая для разных видов растений (картофель, горох, тапиока, рис и др.) крахмалов (рис. 3).
Рисунок 3 – Крахмальные зерна и соевые частицы в колбасе (окраска гематоксилином и эозином) (об.40х)
Микроструктурный анализ позволяет установить содержание такого количества крахмала, которое трудно определить химическим методом. Если в качестве добавки в мясные продукты используется пшеничная мука, в ней также обнаруживаются множественные крахмальные частицы, ассоциированные в обособленный морфологический комплекс.
К сожалению, крахмал слишком часто используется в пищевом производстве при фальсификации мясных продуктов или же применяемого при их выработке сырья животного или растительного происхождения. Так сухое молоко чаще фальсифицируют картофельным крахмалом. А яичный порошок крахмалом и мукой, полученным из кукурузы. И генетически модифицированная кукуруза может давать соответствующую положительную реакцию в случае использования метода ПЦР.
Литература
1. Андреев, Н.Р. Основы производства нативных крахмалов: Научные аспекты / Н.Р. Андреев. – М.: Пищепромиздат, 2001. – 282 с.
2. Коржевский, Д.Э. Основы гистологической техники. Практическое руководство / Д.Э. Коржевский, А.В. Гиляров. – М.: Изд-во СпецЛит, 2010.
3. Криштафович, В.И. Товароведение и экспертиза мясных и мясосодержащих продуктов: Учебник / В.И. Криштафович, В.М. Позняковский, О.А. Гончаренко, Д.В. Криштафович. – СПб.: Изд-во «Лань», 2017.
4. Хвыля, С.И. Оценка качества и биологической безопасности мяса и мясных продуктов микроструктурными методами: Учебное пособие / С.И. Хвыля, Т.М. Гиро. – Саратов: Изд-во СГАУ, 2015. – 13,95 п.л.
5. Филлинс, Г.О. Справочник по гидроколлоидам / Г.О. Филлинс. – СПб.: ГИОРД, 2006. – 536 с.
Хвыля С.И., д-р техн. наук, проф.; Лапшин В.А., канд. техн. наук, доцент;
Корешков В.Н., канд. техн. наук, доцент
ВНИХИ – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова» РАН, Москва
Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт используя свою учетную запись