Раздел 2 Функционально-технологические свойства
Тема 2.1. Мясные эмульсии. Факторы, определяющие их стабильность
Понятие эмульсии
Факторы, влияющие на стабильность мясных эмульсий
Понятие эмульсии
В классическом определении под эмульсией понимают дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой, диспергированные в коллоидном состоянии.
В мясной эмульсии, образуемой в результате интенсивного механического измельчения тканей, образуемая дисперсная система состоит из дисперсной фазы -гидратированных белковых мицелл и жировых частиц различных размеров и из дисперсионной среды - раствора белков и низкомолекулярных веществ. В мясной эмульсии белок и вода образуют матрицу, которая окружает жир, т. е., иначе говоря, сырой колбасный фарш - это эмульсия жира в воде, при этом солерастворимые белки являются стабилизаторами эмульсии. (Рис.1).
Рис. 1
Подобного рода мясные эмульсии относят к коагуляционным структурам, частицы которых связаны силами межмолекулярного взаимодействия в единую пространственную сетку (каркас).
При последующем термическом воздействии в результате взаимодействия денатурирующих при нагреве белков возникает пространственный каркас - термотропный гель, прочность которого зависит от количества и степени взаимодействия миофибриллярных белков. Основная роль в процессе формирования сетки и геля принадлежит миозину, однако, актин и другие белки также могут образовывать гель как индивидуально, так и в присутствии других белков.
Роль саркоплазматических белков в образовании геля миозина несущественна, напротив, содержащиеся в этой фракции ферменты (протеазы и фосфатазы), инактивируемые при температурах более 60 градусов С, способствуют деградации структурообразующих белков и снижению прочности геля.
Положительное влияние на гелеобразование актина, миозина и тропомиозина оказывают низкомолекулярные фосфаты (пирофосфат и триполифосфат).
2.Факторы, влияющие на стабильность мясных эмульсий
Способность мясного сырья поглощать и удерживать влагу определяется гидрофильными свойствами белков мышечного волокна, в частности, миозином, актином и в некоторой степени тропомиозином, на поверхности молекул которых имеются полярные группы, способные взаимодействовать с диполями воды. Количество присоединенной воды или величина водосвязывающей способности в тонкоизмельченном мясном сырье в основном обусловлено числом гидрофильных центров у белков, что в свою очередь зависит от:
- природы белка (глобулярные либо фибриллярные) и его состояния;
- количества белка в системе;
- интервалом от изоточки белка, т. е. от рН среды. При рН ниже 5,4 связывание воды минимально. В практике сдвиг рН в нейтральную сторону осуществляют путем введения в фарш щелочных фосфатов;
- степени взаимодействия белков друг с другом. В процессе посмертного окоченения в результате образования актомиозинового комплекса, сопровождающегося блокированием полярных групп, величина водосвязывающей и эмульгирующей способности резко снижается;
- наличия нейтральных солей и, в частности, поваренной соли, присутствие которой повышает растворимость актина и миозина, препятствует их комплексованию и, следовательно - увеличивает величину водосвязывания;
- температуры среды. Повышение температуры среды выше 42-45°С приводит к денатурации белков, их агрегированию и, соответственно, снижению количества гидрофильных групп;
- степени измельчения мышечной ткани. Увеличение степени гомогенизации обеспечивает разрушение мышечных волокон, выход из них белков и таким образом увеличивает возможность контакта с водой.
Направленное повышение величины водосвязывающей способности мясных эмульсий можно осуществлять с применением пищевых добавок и компонентов трех видов.
1. Веществ, повышающих гидратацию мышечных белков за счет сдвига рН и разблокирования гидрофильных центров, к которым относятся натриевые соли фосфорных кислот.
2. Веществ, не влияющих на степень гидратации мышечных белков, но хорошо связывающих воду (как правило после термообработки), к которым относятся крахмал, пшеничная мука, желатин, белковый стабилизатор из свиной шкурки.
3. Веществ - белкового происхождения (соевый изолят, казеинат натрия, сухое молоко, кровь и её фракции), обеспечивающих повышение как концентрации растворимых белков в системе, так и пищевой ценности готовых мясных изделий. Эмульгирующие свойства мышечных белков уменьшаются в ряду миозин-актомиозин-саркоплазматические белки-актин.
Максимальная эмульгирующая емкость саркоплазматических белков проявляется при рН 5,2, миозина и актомиозина - при рН 6-8, т. е. в интервале, характерном для большинства мясопродуктов.
Свойства получаемых мясных эмульсий зависят не только от ФТС индивидуальных белков, но и от соотношения в системе солерастворимых белков и жира. Эмульгирующая способность белка ограничена, поэтому наиболее рациональным соотношением жир:белок в гомогенизированных фаршах является диапазон от 0,6:1,0 до 0,8:1. В отечественной практике принято считать оптимумом соотношение белок:жир:вода равное 1:0,8: (3-5).
Контроль за содержанием мышечного белка в эмульсии - главное условие получения стабильных мясных систем. Высокое содержание общего белка (и мышечной и соединительной ткани) ещё не свидетельствуют о высоком уровне потенциальной эмульгирующей способности, т. к. коллаген в нативном виде не участвует в процессе жиропоглощения, эмульгирования и стабилизации эмульсий. Эти функции выполняют только мышечные белки.
Уменьшение содержания солерастворимых белков в системе или чрезмерное введение жира неизбежно (в отсутствии специальных стабилизаторов эмульсий) приведет к получению мясных фаршей с нестабильными свойствами, что обусловлено дефицитом группировок, находящихся на поверхности белка и ответственных за взаимодействие с жировыми каплями.
Напротив, чрезмерное повышение содержания мышечных белков в системе при одновременном снижении доли жира, хотя и сопровождается образованием весьма стойких эмульсий, но приводит после термообработки к ухудшению органолептических показателей (появление сухости, повышение жесткости, снижение пластических свойств).
Введение хлорида натрия (поваренной соли) и низкомолекулярных фосфатов улучшает ФТС солерастворимых белков и повышает стабильность эмульсий.
Температура мясного сырья является важным фактором, определяющим эффективность эмульгирования. Миозин и актомиозин - термолабильны (температура денатурации лежит в интервале 42-50°С), и в случае локального нагрева фарша при куттеровании белки могут денатурировать раньше, чем начнется эмульгирование.
Экстракция белка наиболее эффективно происходит при температуре мяса около точки замерзания (около -2°С), в связи с чем при куттеровании сырья целесообразно использовать подмороженное мясо, либо добавлять снег, лёд или ледяную воду. По вышерассмотренной причине температура сырья перед началом куттерования не должна превышать 1±1°С.
Рис. 2
При этом использование чрезмерно перемороженного сырья, превращающегося при измельчении в гранулы либо порошок с низкой вязкостью и гомогенностью, непригодно для приготовления эмульсий вследствие нахождения воды в кристаллическом твердом состоянии (лёд), что ограничивает уровень растворения белков.
Идеальным температурным диапазоном для готовых мясных эмульсий в конце процесса куттерования является 10-18°С, причем возможные отклонения от рекомендуемого интервала, как правило, связаны с видом используемого жира: при работе с тугоплавким говяжьим жиром температура фарша может быть несколько выше; при применении легкоплавкого свиного - ниже.
Продолжительность куттерования и степень измельчения сырья предопределяет уровень стабильности мясных эмульсий.
При обработке мяса на куттере в течение первых 1-2 минут преобладает механическое разрушение тканей, выход белков, их интенсивное набухание, взаимодействие между собой и добавляемой водой с образованием белковой пространственной матрицы, внутри которой находятся полуразрушенные мышечные волокна, обрывки соединительной ткани, жировые клетки и фрагменты других морфологических элементов мяса. Дальнейшая гомогенизация сырья приводит к диспергированию жира, уменьшению линейных размеров морфологических элементов эмульсии, перемешиванию компонентов фарша, что обеспечивает получение стабильной водо-белково-жировой эмульсии с высокой липкостью.
В зависимости от числа ножей и скорости их вращения, вида сырья рекомендуемая продолжительность куттерования составляет 7-9 минут. Сокращение периода куттерования не обеспечивает необходимой степени гомогенизации сырья, выхода белка в систему фарша, эффективного перемешивания; при слишком длительном куттеровании частицы сырья чрезмерно измельчаются, что требует дополнительного введения в эмульсию солерастворимых белков (например соевого изолята); кроме того происходящее при этом повышение температуры фарша ухудшает стабильность эмульсии.
Рассмотренные выше факторы, определяющие стабильность мясных эмульсий, позволяют с научно-обоснованных позиций подойти к решению наиболее ответственной в колбасном производстве практической задачи - процессу приготовления фарша.