CC BY
519
Основные факторы повышения стойкости
мясопродуктов к микробиологической порче
ЛИСИЦЫН А. Б., акад. РАСХН,
СЕМЕНОВА А. А., канд. техн. наук, ЦИНПАЕВ М. А.
ВНИИ мясной промышленности
Обеспечение безопасности пищевых продуктов находится в центре внимания органов здравоохранения всех стран, международных организаций и научно-исследовательских центров.
Проблема максимального сохранения произведенного продовольственного сырья и пищевых продуктов на всех этапах их производства, хранения, транспортирования и реализации, включая домашние условия, в настоящее время не теряет своей актуальности. По некоторым оценкам, до 25 % выработанного в мире продовольствия подвержено повреждающему действию только плесневых грибов.
Существующие способы сохранения пищевых продуктов и предотвращения их микробиологической порчи подразделяют на три группы: физические, химические и биологические.
К физическим способам относят температурное (тепловое и холодильное) воздействие, высушивание, вакууми-рование и т.п. К химическим - соление, копчение, маринование, применение консервантов и пр. К биологическим - обработка стартовыми и биозащитными культурами, использование бактерицидов и т.д. Каждый из этих способов имеет определенные ограничения при производстве того или иного продукта вследствие их влияния на органолепти-ческие свойства и пищевую ценность, а также технической реализуемости (например, обеспечение необходимым оборудованием, дефицитность применяемых веществ или препаратов).
Из всех известных способов борьбы с микробиологической порчей наиболее легко применимым, быстро осуществимым, не требующим специального оборудования и/или изменения технологического процесса, считается использование химических консервантов.
Однако мясная промышленность является наиболее консервативной в плане применения пищевых добавок, в связи с тем, что химические консерванты при производстве
-АХ
\ / г \ \ * ! 1 \ /
4
Рис. 1. Примеры «барьерных» технологий. 1 и 2 - решающим для торможения роста микрофлоры является консервант; 3 - значение рН;
4 - отсутствуют барьеры, достаточные для консервирования. Обозначения: аш - активность воды; рН - водородный показатель; Е - окислительно-восстановительный потенциал; £ - температура; конс. - консервант.
мясопродуктов разрешены в ограниченных количествах, главным образом, при изготовлении продуктов в желе и для поверхностной обработки. Кроме этого, потребители в подавляющем большинстве негативно относятся к мясопродуктам, на этикетке которых вынесена информация о содержании консервантов. В связи с этим, применение химических консервантов при выработке мясопродуктов существенно ограничено и не может рассматриваться как универсальное средство, препятствующее микробиологической порче. Вместе с тем, ограничения в применимости отдельно взятых методов привели к использованию сочетания различных консервирующих факторов, которые впоследствии были названы «барьерами».
В 70-х годах прошлого века немецким ученым проф. Л. Ляйстнером была сформулирована так называемая теория «барьеров», основные положения которой сегодня определяют направления исследований, связанных с вопросами увеличения стойкости пищевых продуктов к микробиологической порче.
Предложенная проф. Л. Ляйстнером теория основывается на комбинировании различных «барьеров», то есть использования для сохранения качества пищевых продуктов нескольких факторов, тормозящих развитие микроорганизмов, даже если каждый из них в отдельности недостаточен для их угнетения. При этом для длительного сохранения продукта «барьеры» должны быть выставлены в достаточном количестве и на нужной «высоте» (рис. 1).
1 и 2 - решающим для торможения роста микрофлоры является консервант, 3 - значение рН, 4 - отсутствуют барьеры, достаточные для консервирования.
Обозначения: аш - активность воды, рН - водородный показатель, Е - окислительно-восстановительный потенциал, ! - температура, конс. - консервант.
В качестве важнейших «барьеров» проф. Л. Ляйстнером были выделены: низкая начальная обсемененность; низкая температура хранения; низкое значение рН и низкая активность воды.
Дополнительными (потенциальными) «барьерами» могут быть окислительно-восстановительный потенциал, тепловая обработка, давление, упаковка, облучение, конкурирующая микрофлора, пищевые добавки и другие. В литературе описано более 60 потенциальных «барьеров», влияющих на безопасность и/или качество пищевых продуктов, и их список постоянно пополняется результатами новых исследовательских работ (табл. 1).
Под особым вниманием исследователей в последние годы находятся вопросы применения физических нетепловых «барьеров», таких как высокое гидростатическое давление, ультразвук, осциллирующие магнитные поля, импульсные электрические поля и т.д.
Другой группой дополнительных «барьеров», которые в настоящее время представляют интерес, являются «природные консерванты», такие как экстракты пряностей,
1
2
3
Табл. 1. Потенциальные «барьеры», повышающие безопасность и/или качество пищевых продуктов животного
и/ или растительного происхождения
Наименование «барьера» Описание «барьера»
Температура Низкая или высокая
Значение рН Низкое или высокое
Активность воды Низкая
Окислительно-восстановительный потенциал Низкий или высокий
Модифицированная газовая атмосфера Азот, диоксид углерода, кислород и др.
Упаковка Асептическая, вакуумная или активная, пищевые покрытия и т.д.
Давление Высокое или очень низкое
Излучение Микроволны, УФ, облучение и т.д.
Другие физические воздействия Ультразвук; импульсы высокочастотного электрического поля, осциллирующие импульсы магнитного поля, энергия радиочастоты, фотодинамическая инактивация и т.д.)
Конкурирующая микрофлора Молочнокислые бактерии, некоторые виды дрожжей и плесеней и пр.
Пищевые добавки - регуляторы кислотности, антиокислители, синергисты антиокислителей Органические кислоты и их соли (лактаты, ацетаты, цитраты, аскорбаты), глюконо-дельта-лактон, фосфаты, хелаты, свободные жирные кислоты и их эфиры
Пищевые добавки - консерванты Сорбиновая, бензойная кислоты и их соли, нитриты, нитраты, сульфиты, низин, дегидрацетовая кислота и ее соль и др.
Пряности, пряно-ароматические растения и продукты их переработки Черный и красный перец, чеснок, лук, розмарин, шалфей и др., а также их экстракты, вытяжки, маслосмолы и пр.
Коптильные вещества Дым, коптильные препараты.
Технологические вспомогательные вещества Растворители (пропиленгликоль, этанол и др.)
лизоцим, хитозан, лактоферрин, гидролизат пектина, протамин, гликопротеин паприки, экстракты хмеля и т.д., в особенности те, которые не требуют декларирования при маркировке пищевого продукта.
Таким образом, научные исследования в области обеспечения безопасности пищевых продуктов сегодня направлены как на поиск новых потенциальных «барьеров» и изучения их применимости, так и возможности комбинирования их с другими традиционно используемыми «барьерами».
Основным, с точки зрения рассматриваемой теории, является понятие «гомеостаз», под которым понимают внутреннее равновесное состояние микробной клетки, нарушение которого мешает ей размножаться. Правильно подобранное чередование или сочетание различных «барьеров» приводит к тому, что микробная клетка продолжительное время находится в состоянии нарушения гомеостаза, направляя внутренние силы на восстановление равновесия, а не на размножение. Продолжительное нарушение гомеостаза путем комбинирования различных «барьеров» вызывает с течением времени метаболическое истощение микробной клетки, а в некоторых случаях может приводить даже к самостерилизации пищевого продукта.
Более детальное знакомство с теорией «барьеров» требует рассмотрения роли основных факторов в обеспечении безопасности пищевых и, в частности, мясных продуктов: начальной обсемененности мясного сырья, низкой температуры, значения рН и активности воды.
Начальная обсемененность мясного сырья
Важнейшим «барьером» при производстве мясопродуктов является низкая начальная обсемененность (гигиеничность) мясного сырья. Известно, что изначально мясо стерильно. Обсеменение начинается с момента убоя животного и может иметь как экзогенный (путем попадания микрофлоры из внешней среды - с поверхности шкуры, инструмента, оборудования, рук персонала, воздуха про-
изводственных помещений), так и эндогенный характер (вследствие повышения проницаемости эпителярного слоя кишок, отсутствия или недостатков заделки пищевода и проходника).
В соответствии с требованиями СанПиН 2.3.2.1078-01 мясное сырье на кости должно иметь общую обсемененность не выше, чем 105 КОЕ/г. Однако чем длительнее должен быть срок годности вырабатываемой продукции, тем выше должны быть требования к исходной обсемененности мясного сырья.
На рис. 2 показана зависимость сроков хранения мясного сырья при температуре 5 °С от его начальной обсемененности.
Из данных рис.1 следует, что мясное сырье с уровнем
Продолжительность хранения, дни Рис.2. Влияние начальной обсемененности на сроки хранения мясного сырья
начальной обсемененности 102 КОЕ/ г при температуре 5 °С способно храниться в течение 12 суток без признаков порчи, с уровнем 104 КОЕ/г - проявит признаки порчи (изменение цвета, появление запаха, ослизнение поверхности) на пятые сутки, с уровнем 106 КОЕ/г - будет испорченным уже на вторые сутки хранения. В соответствии с данными проф. Л. Ляйстнера мясное сырье с уровнем обсеменения 107 КОЕ/г имеет все характерные органолеп-тические признаки порчи, и дальнейшая его переработка сомнительна.
По данным докт. вет. наук, проф. Ю. Г. Костенко на отечественных предприятиях типичной картиной является высокое обсеменение мясного сырья, появляющееся, как правило, после разделки, обвалки и жиловки. Так, говядина на кости, характеризовавшаяся до обвалки уровнем начальной обсемененности 101 КОЕ/г, после жиловки на три сорта имела обсеменение 105, 106 и 107 КОЕ/г соответственно жилованной говядины высшего, первого и второго сортов.
Исследование говядины жилованной первого сорта спустя 30 мин после ее выделения показало, что общее количество микроорганизмов увеличилось на два порядка и составило уже 108 КОЕ/г, что соответствует мясному сырью с наличием органолептических признаков порчи.
Скорость развития микроорганизмов в мясном сырье достаточно высокая. По некоторым оценкам, один микроорганизм способен за 7 ч при температуре 10...12 °С дать потомство общей численностью более 2 млн микроорганизмов. На рис. 3 показаны типичные гистологические картины, соответствующие свежему и испорченному мясному сырью (по данным Кузнецовой Т. Г. и Семеновой А. А.).
На рис. 3б отчетливо видны скопления микроорганизмов, в основном кокковых, а также изменения фрагментов мышечной и жировой тканей, образовавшиеся в результате микробиологической порчи при хранении мясного сырья.
Ошибочно представление большинства технологов роли тепловой обработки при производстве мясопродуктов. Большинство их (кроме консервированных, в том числе стерилизованных и пастеризованных) относится к продуктам, прошедшим низкотемпературную тепловую обработку (ниже 100 °С). Температура готовности таких продуктов составляет 68.72 °С (или вообще не является критерием готовности, например, сырокопченых и сыровяленных
продуктов). При тепловой обработке до температуры 68.72 °С может отмирать до 99 % микроорганизмов, но в зависимости от исходной обсемененности мясного сырья, например 103, 104, 105, 106,108 КОЕ/гобщее количество микроорганизмов, выживших после тепловой обработки, может составить, соответственно: 101, 102, 103, 104 и 106 КОЕ/г.
Учитывая, что к большинству готовых мясопродуктов предъявляются санитарно-гигиенические требования по общему количеству микроорганизмов (не более 103 КОЕ/г в течение всего срока годности), значение низкой начальной обсемененности трудно переоценить.
Таким образом, низкая начальная обсемененность является первым и наиболее важным «барьером», определяющим гарантированный уровень безопасности и качества, возможную продолжительность хранения (сроки годности), а обеспечение этого «барьера» в производственных условиях - первостепенная задача технологов.
Низкая температура
Вторым, не менее важным, «барьером» при производстве мясопродуктов является низкая температура, устанавливаемая для большинства этапов технологического процесса, предшествующих тепловой обработке (при ее наличии).
Необходимо отметить, что рост разнообразных микроорганизмов, способных вызывать порчу мяса и продуктов из него, а также пищевые отравления, наблюдается при широком диапазоне температуры - от минус 15 до плюс 70 °С. В табл. 2 представлены значения температуры, наиболее опасные с точки зрения развития типичных для мясопродуктов микроорганизмов.
Из данных табл. 2, следует, что низкая температура хранения и переработки мясного сырья является важнейшим фактором, обеспечивающим безопасность мясопродуктов за счет ограничения роста микроорганизмов и торможения развития процессов микробиологической порчи. Ограничение температуры до 3 °С способно устранить риск развития практически всех патогенных микроорганизмов, кроме риска отравления в результате роста некоторых видов плесневых грибов.
На рис. 4 представлены данные, характеризующие влияние температуры на сроки хранения мясного сы-
Табл. 2. Значения температуры, определяющие возможность роста типичных для мясопродуктов микроорганизмов и последствия,
вызываемые их развитием
Микроорганизмы Температура, °С Последствия
Термофилы До 40 Порча
Cl. Perfringens Не ниже 15 Порча и отравление
Baciäus cereus Не ниже 12 Порча и отравление
Bacillus, Clostridium, CL botulinum (тип А и Б) Не ниже 10 Порча и отравление
Escherichia, Staph. aureus Не ниже 7 Порча и отравление
Micrococcus, Salmonella Не ниже 5 Порча и отравление
Cl. botulinum (тип В и Е, психротрофные) Не ниже 3 Порча и отравление
Lactobacillus, Streptococcus, Brochothix, Enterobacter, Proteus, Citrobacter и др. Не ниже 0 Порча
Pseudomonas Не ниже -5 Порча
Дрожжи Ниже -5 Порча
Плесневые грибы Ниже -5 Порча и отравление
ыделение запаха, 0\ бразование слизи^Ч^ Изменение цвета--
5 7 10 15 20 25 30 Продолжительность хранения, дни
Рис 4. Влияние температуры на сроки хранения мясного сырья (по данным проф. Л. Ляйстнера)
рья с одинаковым уровнем начальной обсемененности (102 КОЕ/г) [5]. Эти данные показывают, что при температуре 0 °С мясное сырье хранилось в течение 10 суток без появления каких-либо признаков порчи. При температуре 5 °С срок хранения сократился до 6 суток.
Приведенный пример показывает взаимосвязь между температурой и временем, отведенным на возможное хранение и переработку мясного сырья: чем выше температура сырья, тем меньшим временем располагает технолог для его переработки. Таким образом, низкая начальная обсемененность, низкая температура сырья и минимальное время, затраченное на операции, предшествующие тепловой обработке, являются необходимым и обязательным сочетанием факторов, способных гарантировать безопасность мясопродуктов.
Значение рН
Третьим важнейшим «барьером» при производстве мясопродуктов является низкое значение рН.
Понятие рН (водородный показатель) было введено датским химиком Серенсом в 1909 г. Обозначение «рН» образовано из двух букв: «р» - начальная буква датского слова ро1еп7 (математическая степень), «Н» - символ водорода. Показатель рН имеет смысл только в отношении водных растворов.
Показатель рН - это десятичный логарифм концентрации ионов водорода в водном растворе, взятый со знаком
«минус». С его помощью реакция растворов характеризуется следующим образом: рН <7 - кислая; рН 7 - нейтральная; рН > 7 - щелочная.
На рис. 5 представлены шкала и диапазон изменения показателя рН.
Из данных рис. 5 следует, что показатель рН является безразмерной величиной, измеряемой от 0 до 14.
В мясном сырье может содержаться до 75 % воды [9], поэтому во многих случаях измерение рН в мясе и мясопродуктах возможно без специального приготовления водных растворов (вытяжек). На рис. 6 показан портативный переносной рН-метр «Замер», предназначенный для измерения температуры и значения рН мясного сырья.
Измерение величины рН в технологии мясопродуктов трудно переоценить во многом благодаря тому, что оно быстро осуществимо и информативно. Высокая информативность этого показателя объясняется тем, что изменение его значений существенно влияет на свойства мясного сырья, в частности на: влагосвязывающую способность, цвет, консистенцию (рыхлость, жесткость и т. д), запах и вкус, скорость проникновения посолочных веществ и стойкость при хранении.
Величина рН позволяет оценивать пригодность мясного сырья для переработки.
Ниже представлены значения рН для наиболее важных биотехнологических объектов.
Мышечная ткань при жизни животного, кровь 7,3-7,4
Парное мясо 6,7-7,0
Фарш из парного мяса 6,5-6,9
Нормальное мясное сырье через 12-24 ч после убоя Мясо РЭБ через 45-60 мин после убоя
Мясо РЭБ через 24 ч после убоя Мясо ОБО через 24 ч после убоя
Мясо, подверженное быстрой микробиологической порче Испорченное мясо
Изоэлектрическая точка актомиозина (влагосвязывающая способность мяса минимальная) Мясо:
пригодное для производства сырокопченых продуктов непригодное для сырокопченых продуктов пригодное для вареных колбас
5,8-6,0 От 5,8 и ниже 5,4-5,8 От 6,2 и выше
Выше 6,5 Выше 7,0
5,0-5,2
5,4-5,9 Выше 6,0 Выше 5,7
непригодное для вареных колбас Фарш вареных колбас
Рассол:
свежий старый Колбасы:
вареные кровяные ливерные сырокопченые
Ниже 5,7
5.6-5,8 (до 6,2)
5,8-6,7 Ниже 5,8
5.8-6,4
6.7-7,1 6,0-6,5
4.9-5,4
100 10-1 10-2 10-3
10-' 4-
10-5
[H+] моль/л —Ц—Ц-
Du —Увеличение кислотности
D I-1-1-1-1-1-h
10-6 10 4-
10-8 Ч-
10-9 10-Н-1-
10-11 10-12 10-13 10-: Ч—I-1-1
0
1 2 3 '
Увеличение щелочности -i-1-1-1-1-1-[
Реакция раствора Сильнокислая
8 9 10 11 12 13 14
Слабокислая | Слабощелочная Нейтральная
Сильнощелочная
Рис. 5. Шкала и диапазон изменения показателя рН
Из приведенных данных следует, что мясо при жизни животного имеет значение рН, сдвинутое в слабощелочную сторону. Парное мясо характеризуется значением рН около 7,0, но не ниже 6,7. Развитие автолитических процессов приводит к некоторому снижению рН из-за накопления молочной кислоты, что повышает устойчивость мясного сырья к развитию микрофлоры. Наименее устойчивым к микробиологической порче является мясное сырье с признаками йРй.
Общепринятым является тот факт, что значение рН определяет пригодность мясного сырья к переработке с точки зрения его тесной корреляции с влагосвязывающей способностью. Однако с позиций получения безопасного и устойчивого в хранении продукта рН имеет не менее важное значение.
Показатель рН в пищевой микробиологии рассматривается как основной фактор, подавляющий рост микрофлоры. Ниже приведены минимальные значения рН, при которых возможен рост микроорганизмов, вызывающих порчу и пищевые отравления.
Активность воды
Четвертым важнейшим фактором, краеугольным камнем теории «барьеров», является низкое значение активности воды. Термин «активность воды» (англ. «water activity» - ащ) впервые был введен австралийским ученым В. Дж. Скоттом в 1952 г., который доказал, что существует зависимость между состоянием воды в продукте и ростом микроорганизмов в нем.
Активностью обладает любое летучее вещество. Определение активности, в общем случае, рассматривается как отношение фугитивности f (летучести) вещества в некотором состоянии к его фугитивности fs в каком-либо состоянии, принятом за стандартное.
В соответствии с современными теоретическими представлениями величину активности воды (sw) определяют как отношение парциального давления водяного пара над поверхностью пищевого продукта (р) к максимально возможному его давлению - «насыщенному» (р0) при той же температуре (Т):
Bacillus cereus При рН>5,0
Clostridium perfringens То же >5,0
Clostridium botulinus >4,6
Eschericia coli >4,4
Pseudomonas fluorescens >4,4
Listeria monocytogenes >4,3
Yersinia enterocolitica >4,2
Staphylococcus aureus >4,0
Salmonella (большинство штаммов) >3,8
Гнилостная микрофлора >4,5
aw = Р/ Ро
: РОВ/100,
Из приведенных данных следует, что многие патогенные микроорганизмы обладают высокой кислотоу-стойчивостью, а некоторые виды дрожжей и плесеней (Aspergillius, Saccharomyces, Candida) могут развиваться при значениях рН, равным 2,0 и ниже. Существенного ограничения роста гнилостной микрофлоры можно добиться путем снижения рН ниже 4,5. Однако для мяса и продуктов из него имеет значение изменение рН в достаточно узком диапазоне от 4,5 до 7,5, то есть продукты с более низким значением рН из-за вкусовых традиций практически не вырабатываются. Таким образом, обеспечение безопасности и хранимоспособности мясопродуктов только в результате снижения этого показателя невозможно.
Тем не менее, значение рН мясного сырья позволяет прогнозировать хранимоспособность выработанной продукции. Так, например, при производстве вареных, полукопченых и варено-копченых колбас в результате тепловой обработки значение рН повышается на 0,3-0,5 и, если рН фарша было слишком высоким, то и готовый продукт не будет обладать достаточной устойчивостью к микробиологической порче.
где РОВ - равновесная относительная влажность, %. Активность воды выражается значениями от 0 до 1. Значение аш=1,00 соответствует дистиллированной воде, аш=0,00 - абсолютно обезвоженному продукту. Показатель аш интегрально отражает качественные изменения связи влаги в продукте по отношению к дистиллированной воде, то есть активность воды является относительной величиной, характеризующей прочность связи влаги в продукте по отношению к дистиллированной воде.
Для измерения этого показателя рекомендуется использовать криометры типа «ДШК-20», разработанные специально для мяса и мясопродуктов (рис. 7). Продолжи-
Рис. 6 рН-метр «Замер»
5 6 7
тельность измерения в зависимости от влажности продукта составляет от 5 до 25 мин.
В зависимости от значения активности воды, пищевые продукты подразделяют на продукты с высокой влажностью (ащ = 0,9-1,0), с промежуточной влажностью (ащ = 0,6-0,9) и с низкой влажностью (ащ = 0,0-0,6).
Вода является дисперсной средой для ряда химических реакций и метаболизма микроорганизмов в пищевых продуктах. Изменение ее активности влияет на микробиологические, ферментативные, химические и физические изменения в мясе и продуктах из него, в частности, на реакции вкусо- и цветообразования, скорость влагообмена, потери при тепловой обработке и хранении и других показателей. Так понижение аш от 1,0 до 0,2 приводит к значительному замедлению химических и ферментативных реакций. При уменьшении аш снижается скорость ряда биохимических реакций, отвечающих за негативное изменение качества пищевых продуктов (неферментативное потемнение, окисление и др.).
Установлено, что при низком значении активности воды (аш=0,0-0,2) интенсивно протекает окисление липидов. С повышением аш интенсивность окисления липидов снижается и при аш=0,3 интенсивность окислительных процессов достигает минимума, при аш=0,5-0,7 вновь начинает возрастать. Увеличение скорости окислительных реакций при значениях аш более 0,5 обусловлено повышением мобильности реагирующих веществ в результате увеличения общего содержания воды в продукте. Процессы неферментативного покоричнивения активизируются при аш>0,5, а ферментативного аш>0,7.
Величина аш хорошо коррелирует со многими показателями. По ее значению можно регулировать химическую стабильность и ферментативную активность пищевых продуктов, определять скорость их порчи.
Активность воды позволяет прогнозировать способность продукта к хранению. Применительно к пищевой технологии, активность воды показывает количество свободной (несвязанной другими веществами) воды, которая может быть использована микроорганизмами для их жизнедеятельности. Иными словами, этот показатель позволяет установить взаимосвязь между состоянием слабосвязанной влаги в продукте и возможностью развития в нем микроорганизмов. Чем ниже значение аш, тем длительнее срок хранения (годности) мясопродукта.
Из всей влаги, содержащейся в продукте, микроорганизмы могут использовать для своей жизнедеятельности только определенную - активную ее часть. Поэтому пока-
затель аш (характеризующий долю свободной, несвязанной влаги в пищевых продуктах) дает возможность, в частности, судить о жизнеспособности бактерий, содержащихся в мясе и мясопродуктах, их стойкости к тепловой обработке, а также подверженности микробиологической порче.
В технологии мяса и мясопродуктов имеет значение достаточно узкий диапазон изменения активности воды -от 0,80 до 1,00. Ниже приведены значения аш для некоторых видов мясопродуктов.
Парное мясо
Говядина после созревания Свинина после созревания Шпик
Вареные колбасные изделия
Вареные продукты (окорок, рулет и др.
Сырокопченые колбасы (твердые)
Сырокопченые колбасы
(мажущейся консистенции)
Сырокопченые продукты
Колбасы:
ливерные
кровяные
Зельцы
Сушеное мясо
а
w
0,99
0,98-0,99
0,87
0,85
0,91-0,98 0,94-0,98 0,80-0,93
0,93-0,95 0,90-0,93
0,95-0,97 0,96-0,98 0,97-0,98 0,80
Активность воды влияет на размножение микроорганизмов, а, следовательно, и на стойкость пищевых продуктов при хранении. При этом именно показатель аш позволяет установить корреляционную связь между количественным содержанием и состоянием влаги в продукте и возможностью развития определенных видов микроорганизмов.
Несмотря на кажущийся незначительным диапазон изменения этого показателя для мясопродуктов, значение активности воды играет решающую роль в обеспечении безопасности и сохранения качества. Ниже приведены данные, характеризующие влияние активности воды на рост отдельных микроорганизмов.
Cl. botulinum (тип В и Е, психротрофные), Pseudomonas
Bacillus, Citrobacter, Cl. perfringens, Cl. botulinum (тип А и Б), Enterobacter, Escherichia, Proteus, Salmonella Pediococcus, Microbacterium Corynobacterium Lactobacillus, Micrococcus, Staphylococcus
(анаэробные условия), Streptococcus Staphylococcus (при аэробных условиях) Дрожжи и плесени Галофильные
От 0,97 и выше
От 0,95 и выше От 0,94 и выше От 0,91 и выше
От 0,90 и выше От 0,86 и выше От 0,85 и выше От 0,75 и выше
Рис 7. Криометр AWK-20, Германия
Приведенные данные показывают, что значения активности воды только ниже 0,85 позволяют ограничить рост патогенной микрофлоры, а также дрожжей и плесеней.
По другим данным, рост плесеней начинается при значении а =0,70, а бактерий - при а =0,80 и выше.
шш
Однако на практике следует учитывать, что приведенные значения активности воды, при которых происходит рост того или иного микроорганизма, зависят и от других факторов и являются в некотором смысле лишь ориентировочными. Как правило, при наличии достаточно продолжительного периода микроорганизмы могут приспособиться к низким значениям активности воды. В этом
а
w
случае следует рассмотреть возможность увеличения продолжительности лаг-фазы (стадии развития микроорганизма, при которой не наблюдается роста его численности) в результате изменения ащ.
При активности воды ащ = 0,99, рН 6,8 и темепратуре термостатирования 37 °С продолжительность лаг-фазы составляет 1 ч, при а = 0,97-2,0 ч, при а = 0,94-3,5, при
' Г- w ' ' ' ^ w '
а = 0,92-8,0 и при а = 0,90-13,0. Значение а при этом
w w w
регулировалось изменением концентрации повременной соли в питательной среде. Из этих данных следует, что изменение значения а(и на 0,09 способно вызвать задержку в наступлении лаг-фазы (стадии интенсивного размножения микроорганизма) до 12 ч.
В результате понижения показателя а1и не все виды микроорганизмов подавляются в одинаковой степени. Чувствительнее всего реагируют на это грамотрицатель-ные бактерии.
По отношению к величине а(и все виды микроорганизмов подразделяют на:
• чувствительные
(минимальные значения а1и = 0,95-0,99)
• слабо чувствительные
(минимальные значения а(и = 0,93-0,95)
• устойчивые (минимальные значения а(и = 0,90-0,93)
• очень устойчивые (минимальные значения а(и < 0,90). w
Активность воды имеет важное значение для процессов производства и хранения пищевых продуктов. Зная оптимальную величину а^ можно влиять на присутствующую микрофлору, подавляя или целенаправленно используя те или иные микроорганизмы.
Значение а1и зависит от того, сколько в воде, присутствующей в пищевом продукте, имеется растворенных веществ. Снижению а(и способствует добавление в дистиллированную воду таких веществ, как поваренная соль, сахар, белок и другие. Так, например, 5 %-ный раствор поваренной соли характеризуется активностью воды, равной 0,97, 10 и 13 %-ный растворы поваренной соли - 0,93 и 0,91, соответственно, а 3 % поваренной соли уменьшают значение а(и в продукте, примерно, как и 30 % жира.
Здесь уместно привести эмпирическую формулу расчета показателя а^ предложенную бельгийскими учеными на основе исследования широкого ассортимента мясопродуктов:
а(я = 0,9845 - (0,0076 С/U),
где С - концентрация хлорида натрия, %;
U - влагосодержание, выраженное в г воды
на 1 г сухого вещества.
На снижение активности воды в мясе эффективно действуют поваренная соль, пищевые фосфаты, аскорбиновая кислота, глюконо-дельта-лактон, глицерин, лактоза, ацетат, тартрат, животные (в том числе молочные) белки и жиры.
Значение показателя а1и в мясной промышленности, по мнению некоторых ученых, состоит в том, что по его величине можно судить об оптимальном количестве используемых пищевых добавок, их влиянии на состояние воды и сохранность изделия. Таким образом, в зависимости от ее величины можно рассматривать технологическую эффективность применяемых при производстве мясопродуктов пищевых добавок. Так, например, Жаринов А. И с соавт., на основе определения активности воды разработали технологию сырокопченых кусковых изделий из говядины и свинины, устойчивых к длительному хранению с использованием
дальневосточных бальзамов (водно-спиртовых настоев трав и комбинированных горьких настоев). Для данной группы продукции были характерны значения аш в диапазоне от 0,6 до 0,8. Анализ полученных данных показал, что в целом, вне зависимости от вида сырья, во всех партиях опытных продуктов отмечалось снижение активности воды по сравнению с контрольными образцами. При этом минимальные значения аш (в среднем ниже на 0,03-0,05) имели изделия, изготовленные с использованием бальзама «Панты на меду», что позволило сделать вывод о высокой потенциальной устойчивости этих продуктов при длительном хранении. Микробиологические показатели, полученные в процессе хранения, хорошо коррелировали с представленными выше результатами. Использование показателя активности воды позволило создать предпосылки для выбора дальневосточного бальзама, способствующего повышению стабильности качества сырокопченых кусковых продуктов из свинины и говядины в процессе хранения.
Таким образом, на практике значение аш может быть использовано для разработки исходных рецептур мясопродуктов, оценки стойкости продуктов при хранении, определения рекомендуемых температур хранения и др.
Содержание, состояние и формы связи влаги в пищевых продуктах определяющим образом влияют как на степень реализации основных технологических и физико-химических процессов (диспергирование, структурообразование, диффузионно-осмотические и фильтрационные, биохимические и теплообменные процессы), так и на устойчивость сырья, полуфабрикатов и готовой продукции к микробиологической порче при хранении.
Знания основ и практического значения показателя активности воды накапливались в Европе, начиная с 1966 г. По мнению большинства исследователей, измерение активности воды является одним из наиболее необходимых видов контроля качества продукции, без которого в настоящее время не может обойтись ни одно предприятие.
Мясопродукты на основании значении аш могут быть классифицированы по устойчивости к микробиологической порче следующим образом:
скоропортящиеся
средняя подверженность порче
портящиеся
редко портящиеся
а
w
0,96-0,99 0,94-0,96 0,91-0,94 0,85-0,91
Однако новейшие научные данные показали, что определение стойкости мясопродуктов при хранении только по показателю аш несовершенно и имеет такие же погрешности, как и при классификации с использованием одного лишь показателя рН. Исходя из этого, такую классификацию следует проводить с учетом обоих показателей.
Так, специалисты Федерального центра исследований в г. Кульмбахе (Германия) считают, что целесообразно классифицировать вырабатываемые консервированные мясопродукты и колбасные изделия на основе измерения двух величин - аш и рН. При этом, выделяют три группы стойкости при хранении (табл.3).
Табл. 3. Классификация мясопродуктов по показателям а и рН
Группа стойкости при хранении Критерий Температура хранения,°С
А - скоропортящиеся а >0,95; рН>5,2 w ' ' г ' < 5°C
В - портящиеся 0,91< а < 0,965,0 < рН < 5,2 < 10°С
С - стойкие при aw<0,95; рН<5,2 или только aw Без охлаждения
длительном хранении <0,91, или только рН <5,0
Табл.4. Классификация мясопродуктов по стойкости при хранении (по Фатьянову)
Вид мясопродуктов Содержание, % Значение Группа стойкости
влаги NaCl aw рН
Мясо 70-78 - 0,983-0,993 5,0-6,6 А
Вареные колбасные изделия 53-75 1,5-2,8 0,960-0,980 5,6-6,4 А
Колбасы:
полукопченые колбасы 38-55 2,8-3,5 0,930-0,965 5,2-6,0 А, В
варено-копченые колбасы 35-45 3,1-3,5 0,920-0,950 5,2-6,0 В
сырокопченые колбасы ускоренного созревания 35-46 3,8-5,0 0,900-0,940 4,5-5,2 С
сырокопченые полусухие 30-40 4,5-6,0 0,880-0,920 5,0-5,4 С
Сырокопченые сухие 25-35 4,5-6,0 0,820-0,910 5,2-5,6 С
Аналогичный подход к классификации мясопродуктов по стойкости при хранении был предложен Фатьяновым (табл. 4).
В процессе производства мясопродуктов под действием различных способов обработки (замораживание, размораживание, измельчение, перемешивание, посол, массирование, сушка и др.) необходимо строго контролировать состояние воды. Как правило, под действием технологических процессов активность воды мясного сырья снижается. Следовательно, этот показатель может иметь значение при контроле за качеством в процессе изготовления в целом. Так, измерение активности воды, содержащейся в продукте, при изготовлении сырокопченых колбас дает возможность регулировать относительную влажность воздуха в сушильной камере, необходимую для обеспечения равномерной сушки, более рационально управлять процессом, предотвратить выработку недоброкачественной продукции, а также устранить вероятность микробиологической порчи готовой продукции.
Другим примером возможного использования величины аw является контроль процесса посола кусковых продуктов в рассоле. В начале посола рассол характеризуется низкими значениями аw (от 0,88 до 0,90), при которых подавляются почти все виды бактерий, составляющих первичную обсемененность поверхности мяса. В ходе дальнейшего протекания посола в результате влаго- и массообмен-ных процессов постепенно увеличивается значение аw в рассоле, благодаря чему может начаться размножение микроорганизмов. Первоначально размножаются микроорганизмы семейств микрококков и лактобацилл, относящиеся к желательной микрофлоре и обладающие большей устойчивостью к низким значениям а^ чем на нежелательные грамотрицательные палочковидные бактерии.
Одновременно в мясном сырье, подвергаемом посолу, а^^ изменяется в обратном направлении (от исходного 0,99). Вначале в результате обезвоживания и проникновения поваренной соли значение этого показателя уменьшается, и к окончанию процесса посола достигает таких значений, которые препятствуют размножению нежелательных микроорганизмов, тогда как полезные микроорганизмы получают возможность размножаться и проявлять ферментативную активность.
В целом контроль за изменением а^^ дает возможность судить о нормальном течении процесса посола, сопровождаемого уменьшением нежелательной микрофлоры.
При хранении пищевых продуктов в среде с влажным воздухом конечное влагосодержание таких продуктов не должно быть меньше равновесного для данных условий
хранения. Величина аш как термодинамическая характеристика может быть использована для контроля влагосо-держания и усушки пищевых продуктов при хранении, так как эти параметры в значительной мере определяются явлениями сорбции и десорбции.
Таким образом, величину аш можно использовать не только при оценке качества и хранимоспособности пищевых продуктов, но и с ее помощью контролировать процессы изготовления и хранения.
Следует также учитывать, что микроорганизмы, рост которых стабилизирован только за счет активности воды, могут оставаться жизнеспособными в течение длительных периодов времени. Следовательно, при попадании их в пищеварительный тракт, когда активность воды повышается, они активизируются. Это особенно важно, когда изделие с низкой активностью воды содержит жизнеспособные споры патогенных микроорганизмов, например, сальмонелл, так как при употреблении таких продуктов возникает опасность заболеваний.
Значение активности воды в пищевой технологии заключается, прежде всего, в том, что все важнейшие методы сохранения качества пищевых продуктов основываются на снижении ее величины. Однако в связи с тем, что большинство пищевых продуктов обладает большим количеством «барьеров», часто комбинированное действие нескольких «барьеров» является решающим для обеспечения стабильности, безопасности и органолептического качества пищевого продукта.
Правильное понимание наличия и взаимодействия различных «барьеров» представляет собой важную логическую основу для совершенствования существующих технологий в плане микробиологической стабильности и безопасности получаемой продукции. Концепция «барьерной» технологии может быть использована и для других аспектов, например, достижения определенного уровня качества пищевых продуктов, хотя в этом направлении было проведено еще мало исследований. Общее качество пищевых продуктов охватывает большое количество физических, биологических и химических свойств, и барьерная технология может быть ориентирована именно на общее качество, а не на узкую, хотя и очень важную область микробиологической стабильности пищевых продуктов.
Из подготавливаемой к изданию книги Лисицына А. Б., Семеновой А. А., Цинпаева М. А.
«Барьерные технологии при производстве сырокопченых колбас»
