CC BY
33
КАЧЕСТВО И БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 664.91/.94
Перспективы и применение
методов физического воздействия на воду в мясной промышленности
Часть 1
А.Б. Лисицын, д-р техн. наук, профессор, академик РАСХН,
А.С. Дыдыкин, канд. техн. наук, доцент, П.А. Афанасьев, аспирант
ВНИИ мясной промышленности им. В.М. Горбатова
А.Н. Богатырёв, д-р техн. наук, профессор, член-корр. РАСХН
Российская академия сельскохозяйственных наук
На сегодняшний день электроактивированные водные растворы находят все большее применение в медицине, сельском хозяйстве и пищевой промышленности, в том числе в мясной отрасли [1]. Применение воды, обработанной электрофизическими методами воздействия, в мясоперерабатывающей промышленности - актуальная и своевременная задача. Изучение функциональных свойств электроактивированной воды расширяет область знаний и технологических приемов в производстве пищевых продуктов, а ее практическое применение вносит несомненный вклад в повышение качества и безопасности мясной продукции.
Существуют способы применения электроактивированных водных растворов в технологии производства продуктов из мясного сырья, обладающего определенными функционально-технологическими характеристиками. Например, известно, что из конины, несмотря на ее высокую питательную ценность, в промышленности вырабатывается ограниченный ассортимент. Это обусловлено специфическими свойствами конины - низкая влагосвязывающая способность, жесткость и органолеп-тические характеристики. При этом для увеличения влагосвязывающей способности мяса применяют пищевые добавки - полифосфаты, крахмал, муку и т. д. Кроме того, используют различные методы обработки, такие как электрофизическое, гидромеханическое и биохимическое воздействия. Однако практически не применяются методы без агрегатного воздействия (электрохимическая активация) на воду, которая оказывает большое влияние на качество и безопасность готовой продукции. Результат такого воздействия - щелочная водная фракция - католит,
обладающая свойствами катализатора физико-химических и биохимических процессов. Таким образом, при посоле мясного сырья в католи-те происходит смещение значения рН мяса в щелочную сторону, что обусловливает увеличение его вла-госвязывающей способности без дополнительного внесения различных добавок [2]. В результате электрохимической активации вода переходит в метастабильное (активированное) состояние, проявляя при этом свойства восстановителя [1], соответственно, вода, активированная у ка-нода (канолит), может характеризоваться повышенной биологической ценностью.
Кроме электроактивации, применяют и другие способы обработки воды с целью придания ей определенных свойств и использования в сельском хозяйстве в качестве биоактивированных водных систем -биокатализаторов растительных культур. Под биоактивированными водными системами понимается вода для полива, содержащая стимулирующие продуктивность микродобавки или приобретшая стимулирующие свойства в результате ультрафиолетового (УФ) облучения. Так, изучено влияние УФ-облученной воды на развитие и урожайность кукурузы [3]. Общий урожай надземной массы кукурузы на контрольном участке составил 536 ц/га; опытном - 657 ц/га. Исследовано влияние УФ-облученной воды на растения и почву на фоне применения удобрений. Установлено, что орошение почв облученной водой повышает не только урожайность, но и плодородие почв [4].
Приведены испытания на растениях ряда синтезированных в лаборатории промышленного биосинтеза ГосНИИСИНТЕЗБЕЛОК биокатализаторов («Активит МБ», «Гидропон» и
др.) [5]. В основе биокатализаторов лежит комплекс микроэлементов (марганец, медь, кобальт, бор, молибден и др.) и таких известных стимуляторов роста, как гибберилино-вые и органические кислоты. Испытания показали, что замачивание семян гороха в водной системе с концентрацией «Активита МБ» 0,01 % стимулирует прорастание. При этом эффект применения биодобавки четко просматривался уже на четвертые сутки роста. На пятые сутки проращивания опытные зеленые ростки имели среднюю длину 6 мм, а контрольные- 4 мм. На седьмые сутки средняя длина проростков гороха в опыте составляла 11 мм, а в контроле - 8 мм. В лабораторных исследованиях по проращиванию кресс-салата установлено, что при выращивании растений с применением «Акти-вита МБ» зеленая масса по окончании эксперимента в опытных вариантах превышала контроль на 17%.
Анализ массива опубликованных данных показывает, что вышеназванные воздействия дают позитивный эффект, если применяются в сверхмалых дозах и концентрациях. Воздействия начинают работать, если они достаточно слабы. Увеличение, например, степени обогащения воды искусственно синтезированными биокатализаторами свыше 0,05-0,1 % оказывается бесполезным, так, как и увеличение дозы облучения. Второе, что сближает различные по природе воздействия, -количественная оценка позитивного результата, это 20-30 %, несмотря на то, что природа воздействий различна.
Вышеотмеченная общность позволяет предположить, что растения реагируют не собственно на микродобавки или облучение, а на измененное состояние всасываемой воды, однородность которого может достигаться многими воздействиями, в том числе облучением и микродобавками.
Общепринятой точки зрения на механизмы и процессы, лежащие в основе воздействия на биологические объекты сверхмалыми дозами и концентрациями (СМД), пока не выработано, вопрос в стадии предположений и гипотез [6]. Согласно одной из них, эффект СМД обусловлен концентрированием действующего вещества-эффектора в определенных тканях и клетках. В результате количество вещества в клетках, на которые направлено его действие, может оказаться на 2-3 порядка выше исходной концентрации. В рамках «информационной» гипотезы, действие веществ в сверхмалых
концентрациях связано с наличием в биологических объектах исключительно высокоэффективных систем усиления сигналов, которые формируются за счет протекания каскадных процессов, когда на «выходе» каждого каскада активных молекул больше, чем на «входе».
Несмотря на разнообразие гипотез, начинает доминировать идея [7, 8], что существуют общие закономерности воздействия СМД: воздействия протекают в водной среде и обусловлены изменениями структурной организации молекул воды. При рассмотрении воды в клетках необходимо учитывать некоторые свойства, присущие всем клеткам, заставляющие воду изменяться, приводить свою структуру в упорядоченное состояние. В качестве такого общего свойства можно рассматривать способность клеток образовывать поверхности раздела фаз, свойства жидкости вблизи которых отличаются от свойств, измеряемых в обычных условиях.
В работах отечественных авторов [8] по изучению состояния воды в биологических системах даны ссылки на публикации, подтверждающие влияние клеточной поверхности на близлежащие слои жидкости (воды), содержащие оценку толщины поверхностного упорядоченного слоя воды, который составляет от 10 до 100 нм. Граничная зона воды обладает такими особенностями, как повышенная сдвиговая упругость; повышенная теплопроводность; аномальный коэффициент теплового расширения. Все эти изменения объясняются ориентирующим влиянием поверхности клетки, а также влиянием многочисленных поверхностей раздела фаз внутри клетки.
Для проверки гипотезы о позитивном воздействии на растения не собственно микродобавок и облучения, а воды с измененным вследствие микродобавок и облучения состоянием, необходима систематизация свойств биокатализаторов, сводящаяся к количественной оценке изменений, происходящих в процессе образования водных систем в результате вышеназванных воздействий. Необходимы не только соответствующие приборы и методики измерений свойств водных систем, но и связанные с ними методики проведения опытов с конечными объектами.
Таким образом, расширение знаний и практического опыта по комплексному применению электрохимических, биокаталитических и УФ-способов активации жидких сред с целью формирования их высоких реакционных свойств, а также физи-
ко-химической и биологической активности позволит существенно расширить возможности их применения в сельском хозяйстве и технологиях пищевых продуктов. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых продуктов здорового питания и оптимизации условий совместного применения активированных жидких сред и существующих процессов выращивания и переработки сельскохозяйственного сырья.
Объекты исследований при выполнении экспериментальной части работы: электроактивированная вода (щелочная фракция - католит); замороженное мясное сырье (говядина, свинина); образцы вареной колбасы «Детская» по ГОСТ Р 536452009; вода: облученная в УФ-диапа-зоне спектра (электрофизическое воздействие); настоянная на минерале шунгит (экстрагирование); обогащенная препаратом «Биоактивит» (синтезированный биокатализатор).
Для аналитических исследований применяли следующие методы: окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал) измеряли приборомионометром «Экотест-120»; влагосвязывающую способность (ВСС) - методом Грау и Хама, модифицированным Н.К. Журавской; содержание влаги - по ГОСТ 9793-74; массовую долю белка - методом Къельдаля по ГОСТ 25011-81; массовую долю жира - методом Сокслета по ГОСТ 23042-86; рН портативным рН-метром «520» серии БеуепЕаБу; органолептическую оценку - по показателям: внешний вид, цвет, запах, вкус по пятибалльной шкале в соответствии с ГОСТ 9959-91.
Электроактивацию воды производили на установке проточного типа «ИЗУМРУД-К1». Основные элементы установки - проточные электрохимические модульные элементы ПЭМ-3 [9]. Данная установка была модернизирована путем подключения к ней импульсного источника питания с цифровой индикацией, при помощи которого на модульные элементы ПЭМ-3 подавали ток. Также был установлен фильтр, проходя через который, вода дополнительно очищалась от хлорных примесей.
Исследования воды, подвергнутой электрофизическому воздействию и экстрагированию, а также воды, обогащенной синтезированным биокатализатором, проводили на аппаратно-программном комплексе (АПК) «Икар» с помощью метода инфракрасной спектрометрии. АПК «Икар» представляет собой девяти-зональный спектроанализатор, сопряженный с персональным компь-
ютером. Спектральная область действия спектроанализатора - от 2,5 до 10 мкм - ближняя часть зоны инфракрасного диапазона [8]. Принцип действия АПК показан на рис. 1.
Инфракрасное излучение от источника 1 (глобар) проходит через пустую кювету 2 (режим калибровки) и с помощью модулятора 4 (за один цикл) разделяется интерференционными фильтрами 3 на девять спектральных зон, затем принимается фотоприемником 5. Каждая спектральная зона характеризуется своим численным показателем, формируется группа из девяти чисел. Уровень излучения глобара стабилизирован с помощью электронного устройства с оптической обратной связью. Модулятор представляет диск с интерференционными фильтрами, вращаемый электродвигателем с постоянной угловой скоростью (один оборот в секунду). Сигнал с фотоприемника после предварительной обработки поступает на порт компьютера. Сигналы со своими индексами на выходе фотоприемника измеряли последовательно, через каждые 0,1 с. Производили 50 повторов на одном и том же образце в девяти спектральных зонах. Формируемая матрица состояла из 50 строк (повторы) и девяти столбцов (длины волн).
Ранее проведенными исследованиями [10] установлены режимы электроактивации воды для использования при производстве мясных продуктов. Определены наиболее рациональные параметры электроактивации воды: сила тока - 1 Ампер; напряжение - 54,5 мВольт. В ходе исследований были изучены физико-химические показатели - рН и окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), отражающие изменения, происходящие в процессе электроактивации воды. Результаты исследований свидетельствовали об аномальных значениях рН, равном 8,7 и ОВП - минус 150 мВ, самопроизвольно изменяющихся во времени. При этом у водопроводной воды показатели рН и ОВП составляли 6,3 и 200 мВ соответственно. Также было установлено, что в течение первых часов после электроактива-
12 5
Рис. 1. Измерительный узел АПК
о
■= 50
0
0 60 120 180 240 300 360
Время, мин
Рис. 2. Изменение ОВП воды в процессе хранения: 1 - водопроводная вода, 2 - католит 1А
ции наблюдается падение окислительно-восстановительного потенциала воды, а затем этот показатель достигает равновесных значений (рис. 2). В результате этих исследований было определено, что спустя 6 ч после электроактивации наступает период релаксации, и электронная нестабильность воды достигает равновесных показателей [10].
Важный фактор при производстве мясной продукции - температура технологических процессов. В связи с этим были проведены исследования изменения параметров электроактивации воды при температуре посола мясного сырья (0...4 0С) для производства вареных колбасных изделий (табл. 1).
Из полученных данных видно, что электроактивированная вода при температуре 4 0С в большей степени сохраняет окислительно-восстановительный потенциал и может использоваться при посоле мясного сырья.
Как известно, при производстве продуктов питания для детей применение фосфатов не допустимо, поэтому в состав рецептур колбасных изделий, предназначенных для детей, вместо фосфатов вносят соли кальция (цитрат кальция) и крахмал, с целью повышения гидратации и увеличения влагосвязывающей способности (ВСС) мясного сырья, и как следствие, получения желаемого выхода готового продукта. В связи с этим, с целью изучения ВСС и ОВП мясного сырья, обработанного электроактивированной водой, были ис-
следованы образцы говядины с различной степенью измельчения - в кусках и в виде фарша. Согласно полученным данным установлено, что после обработки мяса в кусках его ВСС увеличилась на 6,8 %, а при обработке в виде фарша - на 11,25 %, в сравнении с необработанным мясным сырьем (контроль). ВСС мясного сырья возрастает за счет сдвига рН в нейтральную область и увеличения интервала между изоэлектри-ческой точкой мышечных белков и рН среды, что приводит к росту числа гидрофильных групп в молекулах белков и способствует еще большей их гидратации. ОВП в испытуемых образцах находился практически на одном уровне. Его резкого изменения не наблюдалось за счет того, что мясо является большим буфером донорно-акцепторного обмена электронами. Однако по сравнению с контрольным образцом в опытных образцах, отмечалась тенденция его сдвига к отрицательным значениям.
Таким образом, проведенными исследованиями установлено, что электроактивированная вода повышает влагосвязывающую способность мясного сырья, что, в свою очередь, влияет на выход готового продукта и хорошо сохраняет свои свойства в условиях низких положительных температур (0.4 °С). В связи с этим технологическим этапом ее использования был выбран посол поваренной солью с добавлением 15 % католита к массе мясного сырья.
Таблица 1
Изменение рН и ОВП при различных температурах хранения
Время, мин Температура, °С Вода, электроактивированная при силе тока 1 А, напряжении 54,5 мВ Контроль (водопроводная вода)
рн ОВП,мВ рн ОВП,мВ
0 20/4 8,6/8,6 -125/-125 6,4/6,4 210/210
60 20/4 8,5/8,5 -120/-123 6,2/6,2 205/207
180 20/4 8,3/8,4 -96/-114 6,0/6,1 197/200
240 20/4 8,1/8,4 -94/-110 6,0/6,1 197/200
300 20/4 8,1/8,4 -90/-108 6,0/6,1 197/200
360 20/4 8,1/8,4 -89/-105 6,0/6,1 197/200
ЛИТЕРАТУРА
1. Электрохимическая активация как способ безреагентного регулирования свойств жидких пищевых сред: Монография/Е.А. Шаманаева [и др.]. - Ставрополь: Издательство Северо-Кавказского государственного технического университета, 2007.
2. Теоретические основы и практическое применение электрохимической активации воды/А.С. Дыдыкин [и др.]//Мясная индустрия. - 2012. -№ 1. - C. 44-48.
3. Абдалдаева, Б. Влияние воды, активированной ультрафиолетовым излучением, на рост, развитие и урожайность кукурузы/Б. Абдалдаева, А.С. Султанбаев//Третья всесоюзная конференция по сельскохозяйственной радиологии: тезисы докладов. -Т. 4. - Обнинск, 1990. - С. 61.
4. Абдалдаева, Б. Эффективность орошения растений водой, облученной ультрафиолетовым светом, на фоне применения удобрений в Чуй-ской долине: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук.: 06.01.09/Б. Абдалдаева. - Бишкек: Кыргызский научно-исследовательский институт земледелия, 1999.
5. Винаров, А.Ю. Биодобавки для роста растений и рекультивации почв. Экспертный подход к выбору и применению/А.Ю. Винаров, Е.Н. Ди-рина, В.В. Челноков. - М.: ДеЛи-принт, 2006.
6. Зубарева, Г.М. Механизмы влияния сверхмалых количеств веществ на биологические системы/Г.М. Зу-барева//Использование инфракрасного анализатора ИКАР в медицине, экологии и фармации: сб. научн. раб./под ред. А.В. Каргаполова. -Тверь: ООО Издательство «Триада», 2003.
7. Каргаполов, А.В. Состояние воды в биологических системах/А.В. Каргаполов, Г.М. Зубарева/Использование инфракрасного анализатора ИКАР в медицине, экологии и фармации: сб. научн. раб./под ред. А.В. Каргаполова. - Тверь: ООО Издательство «Триада», 2003.
8. Каргаполов,А.В. Основные принципы ИК-спектроскопии/А.В. Каргаполов, Г.М. Зубарева/Использование инфракрасного анализатора ИКАР в медицине, экологии и фармации: сб. научн. раб./под ред. А.В. Каргаполова. - Тверь: ООО Издательство «Триада», 2003.
9. Бахир, В.М. Электрохимические реакторы//В.М. Бахир, Ю.Г. Задо-рожний. - М.: Гиперокс, 1991. - 35 с.
10. Лисицын, А.Б. Исследования влияния воды, электроактивированной при различных режимах, на технологические показатели мясного сы-
рья/А.Б. Лисицын, А.С. Дыдыкин, П.А. Афанасьев//Сб. публикаций 15-й Международной научно-практичес-
кой конференции «Мясная промышленность - приоритеты развития и функционирования», посвященной
100-летию Василия Матвеевича Горбатова. - М.: ВНИИМП, 2012.
Продолжение следует
Перспективы и применение методов физического воздействия на воду в мясной промышленности. Часть 1
Ключевые слова
электроактивированная вода; католит; окислительно-восстановительный потенциал; колбасные изделия; физико-химические показатели.
Реферат
В статье приведены результаты применения электроактивированной воды (католита) в технологии вареных колбасных изделий для детского питания. Установлено, что использование католита позволяет снизить содержание крахмала в рецептуре, не ухудшив органолептические и физико-химические показатели готового продукта. Биологическими исследованиями показано, что замена в мясных продуктах обычной воды на электроактивированную, положительно влияет на организм лабораторных животных и не оказывает токсического воздействия. Также представлены сравнительные исследования биоактивированных водных систем, полученных различными физическими методами воздействия (ультрафиолетовое облучение, экстрагирование минералом шунгит, обогащение биокатализатором «Биоактив»), и показано их воздействие на биологические объекты.
Авторы
Лисицын Андрей Борисович, д-р техн. наук, профессор,
академик РАСХН, Дыдыкин Андрей Сергеевич, канд. техн. наук,
доцент, Афанасьев Павел Александрович, аспирант
ВНИИ мясной промышленности им. В.М. Горбатова, 109316,
Москва, ул. Талалихина, д. 26; [email protected]
Богатырёв Андрей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, член-
корр. РАСХН
Российская академия сельскохозяйственных наук, 117218, Москва, ул. Кржижановского, д. 15, корп. 2; [email protected], [email protected], [email protected]
Prospects and Application Methods of Physical Impact on the Water in the Meat Industry. Часть 1
Key words
electroactivated water; catholyte, oxidation-reduction potential; sausage products; physico-chemical parameters
Abstracts
The paper presents the results of electro-activated water (catholyte) in the technology of cooked sausage products for baby food. Found that the use of the catholyte to reduce the starch content in the formulation without compromising the organoleptic and physico-chemical characteristics of the final product. Biological studies have shown that the replacement of conventional meat products in water electroactivateda positive effect on the body of laboratory animals and has no toxic effects. Also provides a comparison study bioactivated water systems produced by different physical methods of exposure (ultraviolet irradiation, shungite mineral extraction, enrichment biocatalyst «bioactive») and shows their impact on biological objects.
Authors
Lisitsin Andrey Borisovich, Doctor of Technical Science, Professor, Academician of RAAS, Dydykin Andrey Sergeevich, Candidate of Technical Science, Docent, Afanasyev Pavel Alexandrovich, Graduate Student
The Gorbatov's All-Russian Meat Research Institute, 26, Talalihina St., Moscow, 109316; [email protected]
Bogatyrev Andrey Nikolaevich, Doctor of Technical Science, Professor, Corresponding Member of RAAS
Russian Academy of Agricultural Science, 15, Krzhizhanovskogo St., bldg 2, 117218; [email protected], [email protected], [email protected]
