CC BY
10в
естник АПК
Агроинженерия . № 4(20), 2015 ■ ■
55
УДК 637.52:344
Моргунова А. В.
Morgunova A. V.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИТОЗАНА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ
USING OF CHITOSAN FOR GETTING A FILM-FORMING COAT OF SAUSAGE GOODS
В статье приведены результаты исследований по разработке способа получения колбасных изделий без оболочки с использованием активированных растворов хитозана.
Способ осуществляется следующим образом. Приготовленный в соответствии с действующими инструкциями фарш загружают в шприц, затем сосисочную эмульсию экс-трудируют отрезками на специализированных автоматах, оснащенных формующими гильзами, например, типа сосисок длиной по 5-6 см. Сформованные колбасные изделия методом погружения попадают в коагуляционный раствор, находящийся в ванне, представляющей собой резервуар, оснащенный устройствами для подвода греющей среды. С целью регулирования температуры ванна оснащена термопарой. Вследствие комплексной обработки полученных экспериментальных данных с точки зрения формирования наилучших качественных характеристик и снижения себестоимости, следует рекомендовать следующие параметры проведения коагуляции: раствор на основе анолита электрохимически активированной воды, подвергнутой кавитации, и хитозана пищевого водорастворимого в концентрации 2 %; уровень pH среды 3,5-4,5 ед., температура 55-70°С, продолжительность тепловой коагуляции в интервале 4-5 минут.
Техническим результатом изобретения является повышение экологичности технологического процесса, улучшение показателей безопасности готового продукта и влагоудерживающих показателей готовой продукции без ухудшения ее органолептических показателей.
Ключевые слова: хитозан, активация, эксперимент.
The article contains results of researches about development a method of getting sausage goods without casing, applying an activated solution of chitosan.
The method is put into effect in the following way. Stuffing, which was prepared according valid instructions is to be put in a syringe. After that sausage emulsion is to be extruded in pieces at specialised automatic machines, which has molding thimble, for example, as a type of sausages with length 5 - 6 cm. Formed sausage goods are dipped into a bath with coagulation solution. The bath is a reservoir equipped with devices for supplying of heating medium. With an aim to attemperate the bath equipped with a thermocouple. After handling received experimental data with a view to form the best qualitative characteristics and cutting of production costs, the following operation factors of a coagulation process is to recommend: solution based on anolyte of electrochemically-activated water, which underwent cavitation, alimentary water soluble chitosan in concentration of 2 %; a pH of 3,5 - 4,5, temperature 55-70°C, duration of the termal coagulation in 4 -5 minute interval.
Technical result of the invention is a growth of an ecological compatibility of a technological process, safety and water-holdind indicators improvement of a prepared product without deterioration of its organoleptic indicators.
Key words: chitosan, activation, experiment.
Моргунова Анна Викторовна -
кандидат технических наук, доцент кафедры товароведения и технологии общественного питания Ставропольского института кооперации (филиала) Белгородского университета кооперации, экономики и права г. Ставрополь Тел.: 8-918-746-55-40 E-mail: hrynya@mail.ru
Morgunova Anna Viktorovna -
candidate of technical Sciences, associate Professor of the chair of commodity research and technology of public catering of the Stavropol Institute of cooperation (branch) of Belgorod cooperative University, Economics and law Stavropol
Теl.: 8-918-746-55-40 E-mail: hrynya@mail.ru
В настоящее время приоритетные направления развития науки в России до 2025 года связаны с разработкой наукоемких технологий, направленных на изыскание принципиально новых, экологически безопасных и эффективных методов интенсификации технологических процессов, их совершенствование, а также создание системы ресурсосберегающих технологий, стабилизирующих показатели адекватности и безопасности пищевого сырья и готовой продукции. В современных условиях повышенных требований к защите окружающей среды все более нарастающей проблемой становится утилизация бытового мусора, в том числе упаковоч-
ных материалов пищевой продукции, обладающих стойкостью к разложению. Используемое на большинстве предприятий упаковочное оборудование позволяет производителю упаковать товар надежно и качественно, однако превалирующее количество упаковок создается из полимерных материалов, что не решает проблемы охраны окружающей среды, поскольку период ассимиляции синтетических полимеров составляет несколько десятков лет. Одним из перспективных направлений в решении глобальной экологической проблемы, связанной с загрязнением почвы отходами полимерных материалов, является интенсификация исследований в области создания
56
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
принципиально новых биоразлагаемых упаковочных материалов, нетоксичных, легко утилизируемых, способных обеспечить эффективную защиту пищевых продуктов от микробных поражений, воздействия кислорода воздуха, предотвратить усушку продукта в период производства и хранения, а также получение пищевых съедобных пленок и покрытий для использования их взамен синтетических[1].
С развитием техники и технологии получения упаковочных материалов расширяются функции упаковки. Из инертного, индифферентного барьера между пищевым продуктом и окружающей средой упаковка в настоящее время рассматривается как фактор управления качеством и безопасностью. Известны работы в области создания так называемых «активных» упаковок, имеющих в своем составе различные наполнители и функциональные добавки (пищевые масла, й-глюкозу, аскорбиновую кислоту, поглотители кислорода, консерванты, адсорбенты влаги, препараты, обладающие фунгицидной и бактерицидной активностью) и способных регулировать химический и биологический состав среды внутри оболочки, а также оказывать активное действие на метаболизм продукта при хранении. Такие упаковки называют активными, так как они воздействуют непосредственно на продукт. Это направление представляет несомненный интерес, поскольку введение добавки не в пищу, а в матрицу полимерной оболочки позволяет пролонгировать действие добавки, регулируя скорость ее массопереноса в пищевой продукт. При этом обеспечивается необходимый градиент концентрации добавки на поверхности защитной оболочки, непосредственно контактирующей с пищевым продуктом [2]. Важным преимуществом «активных» упаковок является то, что благодаря иммобилизации добавок миграция их в пищевой продукт сведена к минимуму, поскольку по последним данным многие пищевые добавки таят в себе определенную угрозу здоровью.
В пищевой промышленности в течение последних лет особое внимание направлено на создание съедобных пленок и покрытий на основе хитозана - полисахарида, получаемого из панциря морских и пресноводных ракообразных. Однородные, гибкие, не дающие трещин, хитозановые пленки обладают избирательной проницаемостью, играют роль микробного фильтра [3].
Целью данного исследования являлось научное обоснование термического способа модификации хитозановых пленок и выбор условий, обеспечивающих потерю ими растворимости в кислых водных средах при сохранении высокой прочности и сорбционной способности по отношению к воде.
Ограничения по применению хитозана связаны с его крайне низкой растворимостью при нейтральных и тем более слабощелочных значениях рН. Для придания лучшей раствори-
мости в более широкой области значений рН хитозан модифицируют, например, вводят гидрофильные остатки, ковалентно присоединяя их к реакционно-способным аминогруппам. Так карбоксиметилированные, сукцинилированные производные, четвертичные соли хитозана хорошо растворимы при значениях рН выше 7-8 [3]. Для достижения такого эффекта необходимо получение степени замещения в молекуле хитозана не менее 50 %. В результате этой модификации физико-химические характеристики производных и их биологическая активность будут заметно отличаться от свойств, присущих первоначальной структуре хитозана. У полученных производных, как правило, ухудшалась биодеградируемость, увеличивалась токсичность и т.д. Поэтому любая модификация подразумевает тщательное исследование и выбор оптимальной степени замещения. Расширению областей и эффективности применения хитозановых пленок способствует дополнительная модификация, позволяющая, в частности, регулировать их растворимость и набухание в водных активированных средах [4].
В ходе проведения научного эксперимента нами был использован водорастворимый хито-зан, который получают из высокомолекулярного хитозана путем химического или ферментативного гидролиза.
По стандарту уровень рН воды регламентируется в диапазоне от 6,5 до 9 единиц, однако фактически он зачастую может значительно колебаться, что увеличивает временные затраты на растворение хитозана и его производных, к тому же питьевая вода может содержать различные загрязнения и примеси, ухудшающие ее качество. В связи с вышеизложенным наиболее экологически чистым растворителем является кислая фракция электрохимически активированной воды, подвергнутая кавитационному воздействию (КВ+КДВ). Кислую фракцию электроактивированной воды получали в анодной зоне биоэлектроактиватора. Кавитационную дезинтеграцию водных растворов проводили с использованием аппарата «Hielscher Ultrasound Technology UP». Анолит (КВ) имеет уровень рН 2...4,5, что значительно интенсифицирует процесс растворения хитозана. Кроме того, анолит обладает выраженными бактерицидными свойствами и является антисептиком и консервантом. Эффект усиления растворимости хитозана в (КВ+КДВ) - воде заключается в способности синпериодической кавитации формировать термодинамически неравновесные состояния воды, придавая ей ряд уникальных свойств, в том числе и аномально высокую растворяющую способность [5, 6].
Способ осуществляется следующим образом. Приготовленный в соответствии с действующими инструкциями фарш загружают в шприц, затем сосисочную эмульсию экструдируют отрезками на специализированных автоматах, оснащенных формующими гильзами, например, типа сосисок длиной по 5-6 см. Сформованные
в
естник АПК
Ставрополья
№ 4(20), 2015
Агроинженерия
57
колбасные изделия методом погружения попадают в коагуляционный раствор, находящийся в ванне, представляющей собой резервуар, оснащенный устройствами для подвода греющей среды. С целью регулирования температуры ванна оснащена термопарой. Для подбора оптимальной концентрации хитозана в коагу-ляционном растворе, при которой происходило формирование пленки, был проведен поисковый эксперимент в концентрациях 0,1; 0,25; 0,5; 1 и 2 % с использованием ПВ. Дальнейшее увеличение концентрации хитозана приводит к значительному возрастанию вязкости, ухудшению его растворимости и экономически не выгодно. Результаты эксперимента показали, что наилучшим эффектом обладал хитозан в концентрации 2 %. Поэтому в дальнейших исследованиях нами использовался хитозан в концентрации 2 %. Продолжительность тепловой коагуляции была определена опытным путем в интервале 4-5 минут, этого времени достаточно
для укрепления поверхностного слоя и образования съедобной оболочки.
Предварительно проведенные нами исследования, позволили определить диапазон варьирования входящих параметров. Изучение влияния выбранных нами параметров коагуля-ционного раствора проводили в интервале температуры 55-70°С, и при рН от 2,5 до 5,5 ед., так как увеличение температуры греющей среды до 80-90°С приводит к возрастанию потерь, а при более высоких значениях рН ухудшается растворимость хитозана. Исследования проводились с учетом матрицы планирования двухфакторно-го эксперимента, представленной в таблице 1. Таким образом, независимыми переменными являлись активная кислотность используемой активированной воды (рН) и температура коа-гуляционного раствора (Тр), зависимыми переменными - содержание влаги, потери при термообработке, степень пенетрациии, ВУС готового продукта.
Таблица 1 - Интервалы варьирования факторов и полученные результаты в двухфакторном
эксперименте
№ п/п В безразмерном виде В натуральном выражении Потери после коагуля-ции,Пк, % Потери после варки на пару, Пп, % Содержание влаги, W, % Степень пенетра-ции, мм ВУС, %
Х У Т,°С рН, ед.
1 -1 -1 55 2,5 1,33 4,67 69,01 4,5 94,2
2 -1 + 1 55 5,5 1,87 4,92 68,75 4,8 92,6
3 + 1 -1 70 2,5 2,84 5,05 67,98 4,4 95,0
4 + 1 + 1 70 5,5 3,28 5,38 67,59 4,5 93,4
5 -1,414 0 51,895 4 1,56 5,98 69,23 4,8 91,7
6 + 1,414 0 73,105 4 4,02 5,96 66,80 4,4 92,9
7 0 -1,414 62,5 1,879 2,43 4,55 68,32 4,4 94,8
8 0 + 1,414 62,5 6,121 3,15 4,97 67,44 4,7 91,1
9 0 0 62,5 4 2,54 4,71 68,26 4,6 92,7
После реализации униформ-рототабельного плана двухфакторного эксперимента, статистической обработки данных с помощью программы Fisher и пересчета безразмерных коэффициентов в натуральную форму (программа «Регрессия») получили адекватные изучаемому процессу уравнения регрессии.
Составленные уравнения регрессии, описывающие закономерности изменения основных качественных характеристик колбасных изделий без оболочки с использованием коагуляци-онного раствора на основе анолита электрохимически активированной воды, подвергнутой кавитации, и хитозана низкомолекулярного пищевого водорастворимого в виде математических моделей, представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Уравнения регрессии, характеризующие изменения показателей качества колбасных
изделий без оболочки
Исследуемый показатель Уравнение регрессии
Пк, % Пк = -8,239 + 0,208*Т+0,212*рН-7,0*10-4*Т2-2,2*10-3*Т*рН + 1,17*10-2*рН2
Пп, % Пп = 40,955-1,194*Т+ 0,219*рН + 96*10-4*Т2+18*10-4*Т*рН-2,9*10-2*рН2
Содержание влаги, W, % W = 71,544-0,024*Т+0,356*рН-5,0*10-4*Т2-2,9* 10-3*Т*рН-4,17*10-2*рН2
ВУС, % ВУС = 101,594-0,154*Т-2,193*рН + 17*10-4*Т2+8,368Е-15*Т*рН + 0,186*рН2
Степень пенетрации СП = 3,564+0,016*Т+0,458*рН-1,0*10-4*Т2-4,4* 10-3*Т*рН -1,39*10-2*рН2
Ежеквартальн"й^
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Вследствие комплексной обработки полученных экспериментальных данных с точки зрения формирования наилучших качественных характеристик и снижения себестоимости, следует рекомендовать следующие параметры проведения коагуляции: раствор на основе ано-лита электрохимически активированной воды, подвергнутой кавитации, и хитозана пищевого водорастворимого в концентрации 2 %; уровень рН среды 3,5-4,5 ед., температура 55-70°С, продолжительность тепловой коагуляции в интервале 4-5 минут [7].
Дальнейшую термическую обработку колбасных изделий следует производить при температуре греющей среды 80-85°С и относительной влажности 100 % (пар) до достижения температуры в центре продукта 70-72°С.
Следует отметить, что все образцы колбасных изделий, выработанных в ходе эксперимента, представляли собой колбасные батончики без наплывов фарша, слипов, бульонных и жировых отеков, на поверхности которых образовалась защитная съедобная пленка.
Использование предложенного способа производства колбасных изделий без оболочки позволяет получить определенный экономический эффект, обусловленный снижением стоимости исходных материалов и повышением товарного вида и качества покрытия и готового
продукта в целом, сокращением времени технологического процесса. Качественные и микробиологические показатели колбасных изделий без оболочки соответствуют требованиям СанПин 2.3.2.1078-01.
Механизм антибактериального воздействия на микроорганизмы можно объяснить влиянием хитозана на целостность наружной мембраны микробных клеток, усилением их проницаемости до пределов несовместимых с жизнедеятельностью.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о возможности осуществления способа производства колбасных изделий без оболочки с использованием активированных растворов хитозана, в том числе в промышленных условиях, а также о возможности достижения указанного технического результата при воплощении и совокупности его признаков.
Подводя итог научного исследования, следует отметить, что активная упаковка все еще не нашла широкого применения в России. Отчасти виной тому сложная экономическая ситуация. Однако, по нашему мнению, главная причина -дефицит информации в упаковочной индустрии о перспективности применения съедобных покрытий, что позволяет говорить о целесообразности проведения дальнейших исследований в этом направлении.
Литература
1. Съедобная упаковка: состояние и перспективы / Г. Х. Кудрякова [и др.] // Пищевая промышленность. 2007. № 6. С. 24-25.
2. Снежко А. Г, Кузнецова Л. С., Борисова З. С. Антимикробная защита мясной и молочной продукции. М. : Пищевая промышленность, 2005. 231 с.
3. Antioxidant ant food supplement fortified with flavonoids / Sadovoi V. V., Shlykov S. N., Omarov R. S., Shchedrina T. V. // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2014. Т. 5. № 5. С. 1530-1537.
4. Брацихин А. А. Научно-практические аспекты интенсификации технологических процессов с использованием нано-активированных жидких сред при производстве мясопродуктов : дис. ... д-ра техн. наук. Ставрополь, 2009. 511 с.
5. Шестаков С. Д. Новые технологии производства качественных продуктов питания [Электронный ресурс] // Промышленные ведомости 2005. № 6. URL: http://www.promved.ru/articles/article. phtml?id=461&nomer=18.
6. Моргунова А. В. Разработка технологии мясопродуктов с использованием кавитационно-дезинтегрированных систем : дис. ... канд. техн. наук. Ставрополь, 2012. 150 с.
References
1. Edible packaging: status and prospects / G. H. Kudryakova [et al.] / / Food industry. -2007. - No. 6. - Pp. 24-25.
2. Snezhko A. G. antimicrobial protection of meat and dairy products / A. Snezhko, L. S. Kuznetsova, Z. S. Borisov. - M. : Food industry, 2005. - 231 p.
3. SadovoyV.V. Antioxidant ant food supplement fortified with flavonoids / Sadovoi V.V., Shlykov S.N., Omarov R.S., Shchedrina T.V. // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2014. T. 5. № 5. C. 1530-1537.
4. Brazihan A. A. Scientific and practical aspects of intensification of technological processes with the use of nonaccelerating liquid media in meat production: dis. ... d-ra tekhn. Sciences : 05.18.04, 05.18.12 / Brazihan Andrei. - Stavropol, 2009. - 511 p.
5. Shestakov S. D. New technologies for the production of quality food / S. D. Shestakov // Industrial Gazette [Electronic resource]. - 2005. - № 6. - Available at: http://www.promved.ru/articles/article. phtml?id=461&nomer=18.
6. Morgunova A.V. development of the technology of meat products using cavitation-disintegrated systems: dis. ... candidate. tech. Sciences : 05.18.04 / Morgunova Anna Viktorovna. - Stavropol, 2012. - 150 p.
