CC BY
0Ф.А. Мадагаев, д-р техн. наук, проф.
И.В. Хамаганова, канд. техн. наук, доц.
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления
УДК 637.521.2:613
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЯСНОГО СЫРЬЯ
В статье представлены результаты сравнительного анализа биотехнологической обработки использованием закваски селеносодержащих пропионовокислых бактерий и обработки электрическим током мясного сырья на хранимоспособность в охлажденном состоянии.
Ключевые слова: мясо, охлаждение, хранение, электростимуляция, БАД «Селенпропионикс», порча, окисление, целесообразность, технологичность.
F.A. Madagaev, D. Sc. Engineering, Prof.
I.V. Khamaganova, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
BIOTECHNOLOGICAL AND ELECTROPHYSICAL RAW MEAT TREATMENT
The paper presents the results of a comparative analysis of the biotechnology process using selenium yeast propionic acid bacteria, and electric shock treatment of raw meat on the ability of long storage in a refrigerated state.
Key words: meat, cooling, storage, electrical stimulation, dietary supplements "Selenpropionix" damage, oxidation, feasibility, manufacturability
Переход к устойчивому экономическому росту в мясной промышленности АПК России невозмо -жен без использования достижений науки и техники.
Несколько десятилетий назад был разработан и широко использовался эффективный способ тен-деризации мяса убойных животных - электростимуляция (ЭС).
ЭС характеризуется как раздражение мышц туш скота путем применения электрического тока непосредственно после убоя животного. В результате этого происходит сокращение мышц в виде судорог, которое зависит от продолжительности воздействия, вида и величины напряжения электрического тока [1]. Впервые влияние электростимуляции было описано Франклином в 1758 г. [9], но только 200 лет спустя, в 1975 г., ЭС применили в Новой Зеландии при убое ягнят [10] с целью предупреждения «холодового» сокращения мышц. После того как в 1979 г. было доказано положительное воздействие ЭС на мясо (улучшение нежности, вкуса и сокращение времени созревания), способ начали использовать при убое крупного рогатого скота. Электрические импульсы, возникающие в результате ЭС, стимулируют естественные нервные импульсы, что приводит к послеубойному сокращению мышц, при котором интенсивно расходуется энергия в форме АТФ, образующейся в ходе распада гликогена. В результате накопления молочной кислоты снижается величина рН. Резерв энергии под воздействием ЭС и связанным с ней сокращением мышц после убоя быстрее расходуется и rigor mortis наступает в более сжатые сроки. По этой причине при использовании ЭС не требуется длительного охлаждения и холодильного хранения туш с целью автолитического созревания мяса. Эффективность ЭС бесспорна и подтверждается огромным количеством исследований, проведенных зарубежными и отечественными учеными (J.R. Bendall, P.E. Bouton, Z.L. Carpenter, T.R. Dutson, H. Eikelenboom, J.W. Savell, G.C. Smith, F.J.M. Smulders, И.А. Рогов, А.С. Большаков, А.Г. Забашта, Л.В. Куликовская и др.).
Из большого разнообразия способов и методов ЭС следует выделить эффективный и безопасный способ низковольтной многоэлектродной электростимуляции (НВМЭС), для проведения которой разработаны установки непрерывного и периодического действия [4]. Имеющийся большой экспериментальный материал послужил основанием внедрения способа НВМЭС на одном из крупнейших мясокомбинатов страны, в то время комбинате мясном «Улан-Удэнский». Много лет колбасный и консервный заводы мясокомбината, работавшего на полную производственную мощность, использовали мясное сырье (говяжьи и конские полутуши), подвергнутое НВМЭС, для изготовления мясной продукции высочайшего качества.
В современных условиях жесткой конкуренции и непостоянства рыночной ситуации перед специалистами мясной промышленности ставятся задачи эффективного использования имеющихся в распоряжении технологических приемов, с одной стороны, и своевременного реагирования на изменяющиеся внешние условия - с другой.
Перспективным направлением реализации биотехнологических методов в мясопереработке является создание новых технологических решений, основанных на эффективном использовании как собственных ферментных систем биологических объектов, так и целенаправленно внесенных микроорганизмов (бактериальных стартовых культур), продуцирующих ферменты, белки, незаменимые аминокислоты, витамины и другие ценные метаболиты. Многообразие технологических приемов обработки мясного сырья микроорганизмами позволяет вырабатывать готовые продукты высокого качества, обладающие новыми функциональными свойствами.
Правильное питание - важнейший фактор, определяющий здоровье нации, обеспечивает рост и развитие детей, способствует продлению жизни, повышению работоспособности, профилактике заболеваний, создает условия для адекватной адаптации человека к окружающей среде. Главная проблема современного питания заключается в том, что в продукты повседневного спроса вводится необоснованно большое количество различных пищевых добавок на фоне растущего дефицита жизненно необходимых биологически активных компонентов, одним из которых является биоэлемент селен.
Таким образом, основными задачами, стоящими перед специалистами мясной промышленности, являются улучшение и стабилизация качества выпускаемой продукции в условиях нестабильного состава и свойств поступающего на переработку сырья, производство мясных продуктов функционального питания. И наиболее эффективные пути решения этих задач - биотехнологический и электрофизический способы обработки мясного сырья, позволяющие целенаправленно изменять функционально-технологические характеристики мясной системы и получать определенный технологический эффект.
В последние годы в России отчетливо прослеживается тенденция использования мяса в натуральном виде, и соответственно большим спросом пользуется охлажденное мясо. Несмотря на то, что в среднем розничная стоимость охлажденного мяса на (10-15)% выше замороженного, рост уровня доходов населения и популяризация концепции здорового питания будут и в дальнейшем формировать стабильный покупательский спрос на охлажденное мясо.
Проблема увеличения продолжительности хранения охлажденного мяса не нова. В последние десятилетия большое внимание уделяется новым способам хранения охлажденного мяса, основанным на применении вакуума и модифицированной газовой среды, и применению антимикробных композиций. При хранении охлажденного мяса развиваются процессы окисления жира, оказывающие большое влияние на органолептические характеристики и безопасность продукта и значительно сокращающие сроки хранения.
В связи с этим целью работы являлось изучение антимикробного и антиокислительного действия НВМЭС и селеносодержащей закваски пропионовокислых бактерий при хранении мяса в охлажденном состоянии.
В качестве объекта исследований были выбраны говяжьи полутуши I, II категории упитанности, свиные полутуши III категории, говядина и свинина в парном и охлажденном состоянии.
Материалом исследований служила селеносодержащая закваска пропионовокислых бактерий, вырабатываемая в ООО МИП «Бифивит» ВСГУТУ согласно существующей НД. Биологически активная добавка к пище «Селенпропионикс» - это продукт биотехнологического производства, представляющий собой концентрированную биомассу пропионовокислых бактерий, содержащую селен в органической форме. Пропионовокислые бактерии синтезируют высокое количество серусодержащих аминокислот -цистеин и метионин, с которыми селен связывается и переходит в органическую биодоступную форму [6]. Поверхностную обработку кусков мяса опрыскиванием (опыт 1) проводили закваской, выработанной для промышленного производства, с содержанием селена 900 мкг/мл.
НВМЭС проводилась путем импульсной подачи электрического тока напряжением 36 В, частотой 50 Гц, импульсами длительностью по (0,3-0,4) с и перерывами между ними по (0,5-0,6) с в течение 3 мин с помощью игольчатых электродов, которые располагались по всей длине полутуши на расстоянии (0,10,2) м один от другого, чередуя нулевые электроды с фазными. Электростимулированные в парном состоянии образцы мяса в исследованиях обозначены как опыт 2.
Для микробиологической оценки мяса определяли КМАФАнМ (ГОСТ 10444.15). Количественный учет клеток пропионовокислых бактерий проводили методом предельных разведений на среде ГМС. О глубине и скорости гидролитических процессов судили по величине кислотного числа, определяемой экстракцией свободных жирных кислот эфиро-спиртовым раствором с последующим титрованием рас-
твором щелочи, окисления - перекисного числа, для определения которой был применен метод хлоро-форменной экстракции пероксидов в присутствии йода с последующим титрованием раствором тиосульфата натрия. Для органолептической оценки была использована пятибалльная шкала (ГОСТ 9959).
Контрольные и опытные образцы мяса в парном состоянии подвергали охлаждению с последующим хранением при температуре (0-4)оС в течение 20 сут.
Математическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием стандартных компьютерных программ.
Как известно, низкая обсемененность мясного сырья является наиболее значимым барьерным фактором, определяющим последующую хранимоспособность готовой продукции.
Проведенными исследованиями установлено, что мясо за время хранения в охлажденном состоянии прошло три стадии - свежего, сомнительной свежести и несвежего: контрольные образцы в течение 15, опыт 2-15 и опыт 1-9 сут.
Как видно, существенной разницы в сроках хранения между контрольными и электростимулиро-ванными образцами не выявлено, хотя ранее было получено, что НВМЭС в сочетании с охлаждением способствует уменьшению КМАФАнМ, что обусловливается снижением рН [3].
Увеличению срока хранения охлажденных образцов мяса, обработанных закваской, на 30% способствует ингибирование нежелательной микрофлоры пропионовокислыми бактериями, происходящее в результате выделения таких антибактериальных веществ, как органические кислоты (пропионовая, лимонная, янтарная), диацетил, бактериоцины и др. [2]
Если для продуцируемых бактериоцинов, обладающих выраженным антимикробным действием в отношении широкого спектра микроорганизмов, характерна их инактивация в мясном сырье и низкая термостабильность, то выраженным барьерным свойством обладает ряд синтезируемых органических кислот. Установлено, что синтез муравьиной кислоты, обладающей выраженным бактерицидным действием, не так значителен - 54,5 мг/дм3, в то время как лимонной кислоты продуцируется 3065 мг/дм3, янтарной - 9415,0 мг/дм3 [5].Известно, что лимонная кислота легко образует комплексы с ионами металлов, поэтому является синергистом антиокислителей, янтарная кислота отличается высокой антиокси-дантной активностью и радиопротекторными свойствами.
Общеизвестно, что при хранении мясных продуктов может действовать не один, а несколько процессов порчи, причем как параллельно, так и последовательно.
Существенному ухудшению качественных характеристик и утрате безопасности мясных продуктов приводят процессы перекисного окисления (окислительного прогоркания) липидов, одного из лабильных макрокомпонентов мяса. Окисление жиров - сложный процесс, протекающий по радикально-цепному механизму. Даже незначительное количество продуктов окисления заметно сказывается на ухудшении органолептических характеристик, снижении пищевой и биологической ценности и, как результат, уменьшении сроков хранения.
Прикладная биотехнология предлагает использовать микробные ферменты, способные инактиви-ровать свободные радикалы. Замена традиционных искусственных антиокислителей на стартовые культуры, адаптированные к мясному сырью и способные инактивировать активные формы кислорода в мясном сырье, - это интересный, многообещающий метод.
Как показывает практика и описывает барьерная технология, более эффективным является использование нескольких барьерных факторов с разным механизмом действия. И интерес представляет микроэлемент селен, известный как уникальный антиоксидант непрямого действия, так как проявляет эту функцию в составе ферментов. Селен является важнейшим компонентом антиоксидантной системы защиты организма.
На следующем этапе исследований было изучено влияние данных способов предварительной обработки мясного сырья на гидролитические (рис.1) и окислительные (рис. 2) процессы.
Как видно из данных, представленных на рисунке 1, гидролитические превращения в начальный период холодильного хранения не выражены.
Известно, что применение ЭС в послеубойный период приводит к ускорению биохимических процессов катаболического характера. В результате быстрого гликолиза снижается величина рН мяса, а температура мяса почти не изменяется. Высокая температура способствует активизации ферментов, способствующих не только быстрому созреванию мяса, но и ферментов, катализирующих процессы гидролиза. Вероятно, этим и объясняется более высокое значение кислотного числа в электростимули-рованных образцах (опыт 2) по сравнению с контрольными.
я
о *
о*
=
И
Продолжительность хранения, сут -контроль И опыт 1 —*—опыт 2
Рис. 1. Изменение кислотного числа
Скорость гидролитических процессов увеличивается по мере хранения образцов. Так, значение кислотного числа, равное 2,5 мгКОН было выявлено в контрольных образцах через 10, образцах опыта 2 - 16, опыта 1 - (1819) сут.
Снижение скорости гидролиза в электростимулированных образцах можно объяснить инактивацией тканевых липаз в результате интенсивного снижения величины рН. Известно, что гидролиз жиров происходит под действием воды с участием ферментов. На замедление гидролитических процессов в опытных образцах 1 и 2 могут влиять повышенная гидратация мышечных белков и высокая влагосвязы-вающая способность мяса.
В ходе проведения исследований выявлена высокая степень корреляции между кислотным и перекисным числами (г 0,90).
Данные рисунка 2 показывают, что опытные образцы отличаются более длительной лаг-фазой окисления по сравнению с контролем.
И звестно, что именно накопление продуктов окисления в первую очередь ответственно за развитие нежелательных привкусов и запахов в готовых продуктах (прогорклый, окисленный, мыльный, осаленный). Так, динамика изменения перекисного числа контрольных образцов согласуется с данными микробиологической устойчивости мяса: через 2 недели хранения пе-рекисное число увеличивается с 0,005 до 0,12 % йода.
Известно, что накопление продуктов гидролиза жировой ткани влияет на скорость ее окисления. Видимо, снижение гидролиза жира после НВМЭС является одной из причин снижения окислительных процессов жировой ткани. С другой стороны, это явление можно объяснить и уменьшением катализаторов окисления (окиси или соли железа, меди и т.п., органические соединения, содержащие железо, белки, гемоглобин и миоглобин, цитохром и т.д.). При интенсивных периодических сокращениях и расслаблениях скелетной мускулатуры при НВМЭС происходит высвобождение макро- и микрокапилляров от остатков крови, т.е. жировая ткань электростимулированных полутуш меньше содержит гемовое железо. Снижение содержания металла с переменной валентностью в жировой ткани, видимо, способствует уменьшению степени окислительных превращений электростимулированных полутуш [7, 8].
Более выраженное снижение скорости окисления образцов опыта 1 следует объяснить способностью пропионовокислых бактерий синтезировать антиокислительные ферменты каталазу, пе-роксидазу и СОД, необходимые для устранения токсичного эффекта кислорода путем инактивации активных форм кислорода. Следует отметить, что пропионовокислые бактерии полно проявляют свое действие в синергизме с эссенциальным микроэлементом селеном, и такой подход суммирует положительный эффект пробиотических микроорганизмов и органически связанного микроэлемента. Обработка охлажденного мяса органически связанным селеном, известным своим мощным антиокислительным потенциалом, перспективна. Кроме того, внесение пробиотических микроорганизмов, растущих в мясных системах, эффективно ингибирует санитарно-показательную и патогенную микрофлору при производстве охлажденного мяса за счет синтеза специфических метаболитов и антимикробных веществ.
Рис. 2. Изменение перекисного числа
Таким образом, биотехнологическая и электрофизическая обработка мясного сырья является до -полнительным эффективным барьерным фактором в технологии мясопродуктов, обеспечивающим ин-гибирование процессов порчи при хранении мяса в охлажденном состоянии.
В заключение необходимо подчеркнуть следующее. Инновационный процесс - это непрерывное превращение технических или технологических идей на основе научных разработок в современные технологии и доведение их до использования в производстве для получения качественно новой продукции.
Как видно из приведенных данных, и биотехнологический, и электрофизический методы весьма перспективны; каждый способ имеет достоинства и определенные недостатки. Так, главным фактором, ограничивающим широкое применение НВМЭС при производстве мясопродуктов, является отсутствие мяса в парном состоянии; обеспечение мясоперерабатывающих предприятий таким сырьем затруднительно.
Разработанная добавка служит универсальным препаратом, сочетающим несколько барьерных факторов консервирующего действия, с выраженным антиокислительным эффектом. Как пищевой ингредиент и источник пробиотических микроорганизмов и органического селена эта добавка имеет множество преимуществ по сравнению с другими:
- является полезным для здоровья функциональным ингредиентом: содержит высокое количество жизнеспособных клеток эффективного пробиотика - пропионовокислых бактерий, обладает отличными антимутагенными и антиокислительными свойствами, синтезирует ферменты антиокислительной системы - каталазу, пероксидазу и СОД; микроэлемент селен усиливает антиоксидантное действие препарата. Его высокий экзополисахаридный потенциал оказывает положительное влияние на структурно-механические свойства пищевых сред, способствует повышению потребительских свойств готового продукта, пролонгирует сроки хранения;
- безопасна: в ее состав входят бактерии с установленным безопасным статусом и включенные в список «Общеприняты как безопасные». При этом биоэлемент селен находится в органически связанной форме;
- технологична: добавка отвечает всем требованиям современного производства - выпускается в охлажденном и замороженном виде (возможно в сухом), технологична, хорошо растворяется в воде и рассолах. Заслуживает внимания простота реализации технологических решений, отсутствие особых дополнительных затрат, возможность внедрения в условиях как малых, так и крупных предприятий мясной промышленности.
Из вышеизложенного следует, что разработанная инновационная добавка на основе пропионово-кислых бактерий, обогащенная селеном, полностью соответствует таким требованиям потребителей, как безопасность, польза для здоровья и хорошие вкусовые качества вырабатываемой продукции. В то же время, благодаря своим бесспорным технологическим преимуществам и функциональным характеристикам, она удовлетворяет производителей по практическим и экономическим показателям.
Применяемые технологии производства мясных продуктов функционального питания должны быть точно определены, регламентированы и проконтролированы на принципах концепции анализа опасностей по контролю критических точек (НАССР). В России в настоящее время в рамках добровольной сертификации действуют два государственных стандарта, содержащих принципы НАССР. Это ГОСТ Р 51705.1-2001 Системы качества. Управление качеством пищевых продуктов на основе принципов НАССР. Общие требования и ГОСТ Р ИСО 22000-2007 Системы менеджмента безопасности пищевой продукции. Требования к организациям, участвующим в цепи создания пищевой продукции. Однако мировой опыт свидетельствует о том, что данные системы должны быть обязательными.
Библиография
1. Дайсс-Хемметер У., Фостер С., Штолле Ф. Качество свинины. Влияние электростимуляции на качество мяса убойных свиней // Все о мясе. - 2008. - № 2. - С. 24-29.
2. Затопляева А.О., Хамаганова И.В. Влияние БАД «Селенпропионикс» на степень свежести мяса при хранении в охлажденном состоянии. // Сб. науч. тр. с междунар. участием. Сер. Химия и биологически активные вещества природного происхождения. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2010. - Вып.16. - С. 22-29.
3. Мадагаев Ф.А., Хамаганова И.В., Цырендоржиева О.Ж. и др.Микробиологическая оценка электростиму-лированной свинины // Интеграция науки, производства и образования: состояние и перспективы: материалы все-рос. науч.-практ. конф. - Юрга, 1999. - Ч.1.- С. 131-132.
4. Мадагаев Ф.А. Научные и практические основы использования электростимуляции в технологии мяса и мясопродуктов: дис. ... д-ра техн. наук / 05.18.04 /. - М., 1994. - 385 с.
5. Хамагаева И.С., Хамаганова И.В., Дарбакова Н.В. и др. Влияние культуральной жидкости пропионовокислых бактерий на формирование качества вареных колбас // Все о мясе. - 2011. - №5. - С. 37-39.
6. Хамагаева И.С.. Кузнецова О.С. Влияние селена на скорость роста пропионовокислых бактерий // Теория и практика новых технологий в производстве продуктов питания: материалы межрегион. науч.-практ. конф. -Орел, 2005. - С. 117-119.
7. Хамаганова И.В,. Мадагаев Ф.А., Бальчинова Н.С. Влияние технологических факторов на качественные показатели жировой ткани и жира мясопродуктов: сб. науч. тр. Сер. Технология, биотехнология и оборудование пищевых и кормовых производств. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2003. - Вып. 9. - С. 34-38.
8. Хамаганова И.В., Мадагаев Ф.А. Изменение качественных показателей жировой ткани и жира мясопродуктов при обработке // Пища. Экология. Качество: тр. IV Междунар. науч.-практ. конф. - Новосибирск: Сибирский науч.-исслед. и проектно-технол. ин-т переработки сельскохозяйственной продукции (ГНУСибНИ11ТИП). 2004. - С. 411-414.
9. Ring Christian. Taylor Alexander A. Zur elekrostimulieruna von Ringer // Fleischwirtshaft. - 1988. - Vol. 68. N9.
- P. 1117-1120.
10. Smulders F.J.M.. Eikelenboom H. Elekrostimulierung von rindern zu verscheidenen zeiten much der Schlachtung // Fleischwirtshaft. - 1986. - Vol. 66. N 1. - P. 101-103.
Bibliography
1. Deiss-Hеммеtеr Y., Foster C., Stolle F. The quality of the pork. Effect of electrical stimulation on the quality of the meat of slaughter pigs // Vsyo o myase. - 2008. - N2. - Р. 24-29.
2. Zatoplyaeva A.O., Khamaganova I.V. Influence of food supplement «Selenpropionix» on the degree of freshness of meat during refrigerated storage // Collection of scientific works. Ser. Chemistry and biologically active substances of natural origin. - Ulan-Ude: ESSTU. 2010. - Vol. 16. - P. 22-29.
3. Madagaev F.A. Microbiological assessment of electrostimulated pork / F.A. Madagaev. I.V. Khamaganova. О^. Tsуrendorzhieva, I.V. Tungusova // Integration of science. production and education: the state of and prospects: materials of all-Russian sci.-pract. conf. - P. 1. - Yurga. 1999. - P. 131-132.
4. Madagaev F.A. Scientific and practical bases for the use of electrical stimulation in the technology of meat and meat products: Thesis of D.Sc. Engineering Diss. / 05.18.04. - М.. 1994. - 385 р.
5. Khamagaeva I.S. The influence of the culture liquid propionate bacteria on the formation of the quality of the cooked sausages / I.S. Khamagaeva. I.V. Khamaganova. N.V. Darbakova. КА. Zambalova // Vsyo o myase. - 2011. - N5.
- Р. 37-39.
6. Khamagaeva I.S. Influence of selenium upon the speed of increase propionibacterium / I.S. Khamagaeva. O.S. Kuz^tsova // The theory and practice of new technology in production food products: мaterials of the interregional scientific practical conference. - Orel. 2005. - P. 117-119.
7. Khamaganova I.V. The influence of technological factors on the qualitative indicators of adipose tissue and fat meat products / I.V. Khamaganova. F.A. Madagaev. N.S. Balchinova // Collection of scientific articles. Ser. Technology. biotechnology and equipment for food and fodder production. - Ulan-Ude: ESSTU. 2003. - Vol. 9. - P. 34-38.
8. Khamaganova I. V. The change of the qualitative indicators of adipose tissue and fat meat products in processing / Madagaev F.A. // Food Ecology. Quality: proc. IV international sci.- praсt. сonf.- Novosibirsk: Siberian scientific-research and design-technological Institute of processing of agricultural products. 2004. - Р. 411-414.
9. Ring Christian, Taylor Alexander A. Zur elekrostimulieruna von Ringer // Fleischwirtshaft. - 1988. - Vol. 68. N 9. - P. 1117-1120.
10. Smulders F.J.M., Eikelenboom H. Elekrostimulierung von rindern zu verscheidenen zeiten much der Schlachtung // Fleischwirtshaft. - 1986. - Vol. 66. N 1. - P. 101-103.
