Товароведная оценка вареной колбасы с использованием биотрансформированного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ имени К.Г. РАЗУМОВСКОГО

(Первый казачий университет)»

(ФГБОУ ВО «МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ)»)

Институт «Технологический менеджмент»

Кафедра «Технология продуктов питания и экспертиза товаров»

Москва 2015

Выпускная квалификационная работа

Товароведная оценка вареной колбасы с использованием биотрансформированного сырья

Разработал

Гусев Никита Александрович

Руководитель

Красуля Ольга Николаевна



Содержание

• Введение

Глава 1. Литературный обзор

• 1.1 Вторичное сырье как дополнительный источник белка
• 1.2 Различные направления в мясной промышленности по обработке коллагенсодержащего сырья
• 1.2.1 Обработка коллагенсодержащего сырья сжатыми газами
• 1.2.2 Химические способы обработки коллагенсодержащего сырья
• 1.2.3 Методы ферментной модификации коллагенсодержащего сырья
• 1.2.4 Модификация вторичного сырья под действием различных видов микроорганизмов
• 1.3 Традиционное использование микроорганизмов в производстве ферментированных мясных продуктов
• 1.4 Использование бактериальных препаратов в мясной промышленности
• Заключение по литературному обзору

Глава 2. Схема проведения исследований

• 2.1 Методика постановки эксперимента. Схема проведения исследований. Характеристика объектов исследования
• 2.2 Методы исследований
• 2.2.1 Определение технологических свойств молочнокислых микроорганизмов
• 2.2.2 Определение содержания влаги (ГОСТ 9793-74)
• 2.2.3 Определение содержания белка
• 2.2.4 Определение содержания жира методом Сокслета
• 2.2.5 Определение содержания золы
• 2.2.6 Определение содержания хлорида натрия
• 2.2.7 Определение содержания остаточного нитрита
• 2.2.8 Определение влагосвязывающей способности
• 2.2.9 Определение величины рН
• 2.2.10 Определение пероксидного числа
• 2.2.11 Определение углеводов
• 2.2.12 Определение экстрактивных веществ
• 2.2.13 Определение структурно-механических свойств
• 2.2.14 Определение аминокислотного состава белков
• 2.2.15 Определение состава летучих комионентов в продукте
• 2.2.16 Определение микробных контаминантов
• 2.2.17 Определение количества молочнокислых микроорганизмов
• 2.2.18 Определение энергетической ценности
• 2.2.19 Определение переваримости
• 2.2.20 Определение массы
• 2.2.21 Определение выхода продукта
• 2.2.22 Органолептические исследования продукта

Глава 3. Биотрансформация вторичного мясного сырья

• 3.1 Обоснование выбора выделенных штаммов молочнокислых микроорганизмов
• 3.2 Изучение симбиоза выделенных штаммов молочнокислых микроорганизмов
• 3.3 Создание белкового композита на основе вторичного мясного сырья
• 3.4 Органолептические исследоваиия биотрансформированного сырья
• 3.5 Изучение микробиологических показателей биотрансформироваиного сырья
• 3.6 Изучение аминокислотного состава биотрансформированного сырья
• 3.7 Органолептические характеристики вареных колбас
• 3.8 Исследование химического состава и энергетической ценности вареных колбас
• 3.9 Исследования переваримости вареных колбас
• 3.10 Исследование технологических свойств вареных колбас
• 3.11 Исследование структурно-механических свойств вареных колбас
• 3.12 Изучение состава летучих компонентов вареных колбас
• 3.13 Изучение микробиологических показателей опытных образцов вареных колбас
• Выводы
• Список использованной литературы


Введение

В настоящее время рынок вносит серьезные коррективы в процесс производства продуктов питания, ставя все новые и новые задачи перед производителями, в том числе специалистами мясной промышленности.

Возросшие потребительские требования к качеству и цене готовой продукции обязывают специалистов отрасли искать новые нетрадиционные пути решения возникающих технологических проблем, способные обеспечить рентабельную и бесперебойную работу предприятия в рыночных условиях.

Немаловажная роль при этом отводится созданию безотходных технологий качественных мясных продуктов с широким вовлечением в сферу производства всех видов сырья, получаемого при переработке сельскохозяйственных животных, и его рационального использования. Рациональное использование вторичного сырья мясной промышленности может привести не только к значительной экономии материальных ресурсов и созданию безотходных технологий, но и способствовать оздоровлению окружающей среды.

Одним из таких видов сырья являются субпродукты II категории, которые в силу своих низких функционально-технологических свойств, недостаточно эффективно применяются в производстве качественных мясных продуктов.

Среди многочисленных приемов обработки вторичного мясного сырья одним из перспективных направлении в последнее время является использование биотехнологических методов, основанных на применении различных видов микроорганизмов.

Использование биотехнологических методов для модификации вторичного мясного сырья с целью улучшения его функционально-технологических свойств и дальнейшего вовлечения в процессы производства мясных изделий является актуальным и перспективным.

Вышесказанное свидетельствует о необходимости проведения научно-исследовательской работы по данной проблеме.

Целью настоящей работы является товароведная оценка вареной колбасы с использованием биотрансформированного сырья.

Руководствуясь поставленной целью при выполнении работы, решались следующие задачи:

1. обоснование использования выделенных штаммов молочнокислых микроорганизмов для биотрансформации вторичного сырья;

· определение качественного и количественного состава бактериальной закваски для проведения биотрансформации вторичного мясного сырья;

2. получение белкового композита на основе легких и бактериальной закваски;

3. определение рационального количества вводимого белкового композита при производстве вареных колбас;

4. проведение комплексного исследования физико-химических, технологических, микробиологических и органолептических показателей вареных колбас, изготовленных с использованием белкового композита.



Глава 1. Литературный обзор

1.1 Вторичное сырье как дополнительный источник белка

Предприятия мясной отрасли располагают большим количеством вторичного сырья, накапливаемого при переработке убойных животных. Следует заметить, что переработка субпродуктов II категории в мясной отрасли не превышает 65% от его количества. В настоящее время большую часть этого сырья в основном направляют на производство ливерных колбас, студней, зельцев и др. Это объясняется особенностями строения данного вида сырья, а именно, большим содержанием соединительной ткани, что является причиной его низкой пищевой ценности и жесткой консистенции.

Интерес к такому виду сырья, как к пищевым ресурсам, связан с потенциальной возможностью покрытия белкового дефицита в рационе питания человека, т. к. субпродукты I и II категорий являются существенным источником белка, как и мясо.

Различные субпродукты далеко неравноценны по своему составу и пищевой ценности. Неодинаковы они и по усвояемости и эффективности использования организмом. Коэффициент переваримости субпродуктов убывает в следующем порядке: сердце > почки > язык > печень.

Каждый вид сырья требует индивидуальных подходов при выборе обработки. Требуемый технологический эффект достигается различными способами воздействия на исходный материал.

Однако существующие в настоящее время на предприятиях мясной промышленности технологии переработки низкосортного мясного сырья не дают возможности полного его использования в связи со сложной, упрочненной структурой белков.

Такое сырье, прежде чем использовать в производстве зельцев, студней и др. подвергают предварительной обработке, в частности, перед внесением в фарш рекомендуется подвергать его непродолжительному куттерованию в замороженном состоянии, варке, ферментированной обработке. Механическая гомогенизация такого сырья не обеспечивает нужного улучшения его функционально-технологических характеристик

Ряд исследований предлагает использовать некоторые из субпродуктов в виде белковых гидролизатов, получаемых на их основе и предназначенных для введения в традиционные мясные изделия (Бойко О.А., Соколов А.Ю., 2010). Также возможно получение из малоценного сырья многокомпонентных эмульсий, суспензий, паст и структурированных систем, способных обеспечить направленное регулирование состава и свойств вырабатываемых мясных изделий.

1.2 Различные направления в мясной промышленности по обработке коллагенсодержащего сырья

На сегодняшний день мясная промышленность располагает разнообразными способами, позволяющими позитивно изменить качественные характеристики неполноценного белка. Известны следующие методы изменения свойств белков: термическая денатурация белков, изменение заряда или ионного состава белка (получение протеинов щелочных и щелочноземельных металлов), компрессионное воздействие, ферментативная модификация.

1.2.1 Обработка коллагенсодержащего сырья сжатыми газами

НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции были получены результаты, свидетельствующие об изменении технологических характеристик мяса, подвергнутого компрессионной обработке давлением в 4 МПа в среде диоксида углерода. Изменение белков и размягчение мяса под давлением происходит за счет вторичного эффекта катепсиновой активации, т.е. активность катепсинов значительно возрастает при компрессионной обработке. В результате мясо становилось более нежным, снижалась микробная контаминация, увеличивалась влагоудерживающая способность на 5-6%. Подобные исследования ведутся в университетах ЮЖИ (Япония) и лаборатории исследования мяса (Австралия).

1.2.2 Химические способы обработки коллагенсодержащего сырья

Существуют щелочно-солевые способы обработки коллагенсодержащего сырья, широко применяемые в Японии, США и Франции. Использование этих способов позволяет перевести в растворенное состояние сухожилия и дерму крупного рогатого скота. В результате этого воздействия происходит разрыхление волокнистой структуры коллагена, удаление сопутствующих веществ и разрыв межцепных связей, что приводит к дезорганизации и дезинтеграции структурных элементов коллагена.

Щелочно-солевые способы обработки свиной шкурки

На мясоперерабатывающих комбинатах всегда была и остается проблема переработки свиной шкурки, которая составляет 5% от массы туши. Свиные шкуры богаты белком, жиром, минеральными веществами и могут быть использованы в качестве сырьевого источника для производства продуктов питания. Основной белок свиной шкурки -- коллаген. Коллаген в нативном виде не подвергается расщеплению пищеварительными ферментами, нерастворим в воде, в слабых растворах щелочей и кислот, имеет высокую механическую прочность из-за наличия в молекуле поперечных водородных связей.

Для модификации функционально-технологических свойств свиной шкурки использовались гидроксид натрия, хлорид натрия и соляная кислота. Оптимальная концентрация гидроксида натрия составила 7%, а длительность обработки -- 13 ч с последующей солевой промывкой в течение 2 ч и нейтрализацией раствором соляной кислоты концентрацией 3% в течение 15 мин. Установлен максимально возможный уровень введения белкового продукта из свиных шкур, составляющий 10% взамен адекватного количества мясного сырья.

Для размягчения и набухания свиной шкурки был специально подобран препарат "Пелль фреш лактик" ("Индазия Гевюрцверк ГмБх", Германия). Воздействие "Пелль фреш лактик" на белок свиной шкурки заключается в том, что молочная кислота, входящая в состав препарата, создает кислую среду, оптимальную для максимального набухания коллагена. Изменения, происходящие при этом в молекуле коллагена, сопровождаются разрыхлением внутренней структуры и повышением гидратационной способности. Процесс изготовления белкового стабилизатора осуществляют следующим образом: свиную шкурку обезжиривают, размораживают и выдерживают в растворе препарата "Пелль фреш лактик" в течение 12-24 ч, промывают холодной водой, затем измельчают на куттере. В результате получается тонкодиспергированная, гомогенная масса с выходом 200-300%, которую можно эффективно использовать для выработки широкого ассортимента мясных изделий (вареных и полукопченых колбас, сосисок, сарделек, мясных хлебов). Полученный белковый стабилизатор из сырой свиной шкурки обладает водосвязывающей и студнеобразующей способностями, оказывает положительной влияние на структурно-механические и реологические свойства мясных эмульсий, способствует улучшению консистенции и снижению термопотерь готовой продукции.

1.2.3 Методы ферментной модификации коллагенсодержащего сырья

Применение ферментов для обработки мясного сырья -- важный технологический прием, позволяющий при научно обоснованном его использовании улучшить качество и расширить ассортимент, а также интенсифицировать технологические процессы производства мясных продуктов. Под воздействием ферментов происходит трансформация белков, что влечет за собой изменение консистенции, уровня водосвязывающей и адгезионной способности продукта.

Ферменты, используемые на сегодняшний день в мясной промышленности, подразделяются на три группы в зависимости от их происхождения: животного, растительного и микробного. По направленности действия ферменты классифицируют на протеолитические и липолитические.

Однако практика применения ферментных препаратов показывает, что далеко не все ферменты при обработке мяса дают желательный эффект. Некоторые из применяемых ферментов, воздействующие на белки мышечных волокон, практически не способствуют протеканию гидролиза белков соединительной ткани, предопределяющих жесткость мяса. Интенсивность и изменение белковой структуры мяса зависит от вида, дозировки препарата, физико-химических условий, определяющих активность действия фермента, продолжительность обработки. При выборе ферментов необходимо учитывать опасность микробиальной порчи, которая может возрастать вследствие использования некоторых препаратов протеолитического действия, специфику сырья, остаточную активность таких ферментов в готовых изделия и ряд других факторов.

Преимущества и недостатки применения ферментов животного происхождения

Ферменты животного происхождения представляют собой препараты, полученные на предприятиях мясной промышленности из эндокринно-ферментного сырья.

Например, коллагеназа и эластаза, синтезируемые поджелудочной железой животных, преобразуют коллаген на 75,0-87,5%. Это происходит в результате того, что они разрывают пептидную связь в цепях коллагена, образованную аминогруппой глицина и карбоксильной группой какой-либо другой аминокислоты. Коллагеназно-эластазный комплекс получают из экстрактов поджелудочной железы, но из-за ограниченности источников препарат выпускается лишь для медицинских целей. На практике для обработки различных белковых субстратов применяются ферменты трипсин, пепсин, ренин, химотрипсин или комплекс ферментов -- панкреатин.

Трипсин -- фермент класса гидролаз, расщепляющий пептиды и белки, способствует также гидролизу сложных эфиров (проявление эстеразной активности).

Пепсин гидролизует пептидные связи и расщепляет все природные белки. Фермент обладает коллагеназной, эластазной, актиномиозиновой активностями при рН 6,0.

Реннин расщепляет пептиды. Его активность зависит от количественного соотношения в нем химозина и пепсина.

Панкреатин содержит трипсин и амилазу, в незначительном количестве коллагеназу и эластазу, а также химотрипсин и карбоксилазу. Панкреатин вызывает агрегацию внутримышечной соединительной ткани в достаточной для размягчения мяса степени 35%. Температурный оптимум панкреатина составляет 50°С при рН 6,0-7,0.

Источники этих ферментов -- слизистая оболочка желудка и панкреатическая железа животных. Обработка этими ферментами способствуют разрыхлению коллагена, его растворению.

Другим немаловажным ферментом, который присутствует в мясной системе, является катепсин. Оптимум его действия обозначен при рН 4-5. Аскорбиновая кислота имеет стимулирующее действие на катепсин. Работа катепсинов проявляется после смерти животного, в период, когда концентрация водородных ионов повышается в результате накопления молочной кислоты. Фермент катализирует гидролиз белков с образованием полипептидов, пептидов и свободных аминокислот.

Однако при гидролизе белков коллагеном и эластином их применение целесообразно лишь после предварительной термической обработки. Кроме того, ферменты животного происхождения протеолитического действия термолабильны, их источники ограничены, препараты дороги. Несмотря на это, они находят применение в ряде стран для обработки мясного сырья и его вторичных ресурсов с целью получения более качественных пищевых продуктов. В целом же использование ферментных препаратов животного происхождения следует признать проблематичным.

В городе Воронеже в одной из технологических академий изучали влияние ферментного препарата коллагеназы из гепатопанкреаса камчатского краба на мясное сырье с разной долей соединительной ткани. Препарат проявляет активность в нейтральной и слабощелочной среде по отношению к различным белковым субстратам: казеинату натрия, гемоглобину, бычьему сывороточному альбумину и коллагену. Объектом исследования служили образцы говядины 2 сорта, а также жилы крупного рогатого скота. Микроструктурный анализ образцов показал, что препарат коллагеназы из гепатопанкреаса камчатского краба обладает коллагенолитической активностью, способен гидролизовать не денатурированный коллаген.

Преимущества и недостатки использования ферментов растительного происхождения

Для обработки коллагенсодержащего сырья существует ряд ферментов растительного происхождения: папаин, фицин, бромелин.

Папаин проявляет активность при рН 5-7. Фермент устойчив к нагреву до 70°С и инактивируется при 80-85°С. Папаин при 60°С гидролизует коллаген и эластин, активен по отношению к актомиозину. На нативный коллаген папаин практически не действует.

Фицин хорошо расщепляет денатурированный коллаген и эластин. Оптимум действия проявляет при pH 7,0 и температуре до 65°С. Фицин способен гидролизовать нативный коллаген, хотя его активность в отношении нативного коллагена заметно слабее и хорошо проявляется при pH 3, а также резко возрастает при повышении температуры до 60°С.

Бромелин обладает более сильной протеолитической активностью, чем папаин. Оптимум действия фермента лежит в пределах pH 6-7. Фермент проявляет высокую коллагеназную активность при температуре 60°С. Однако он менее активен в отношении эластина. На нативный коллаген не действует. Обладает низкой протеолитической активностью в отношении миозина.

Эти ферменты выделяют из млечного сока дынного и фигового деревьев, плодов ананаса. Ферменты оказывают разное действие на животные белки.

При этом гидролитический эффект зависит от температуры обработки. Деструкция коллагеновых и эластиновых волокон различных тканей под действием этих ферментов целесообразно, а лишь после их денатурации. Говоря об эффективности использования ферментов растительного происхождения в мясной промышленности, важно отметить их значение для обработки мяса с целью тендеризации.

Что касается гидролиза коллаген- и эластинсодержащего сырья под воздействием этих ферментов, то, по экономическим и биохимическим соображениям их применение нецелесообразно из-за ограниченности источников, высокой стоимости и слабого воздействия на нативные коллаген и эластин.

Использование ферментных препаратов микробного происхождения

Ферменты микробного происхождения имеют явные преимущества перед выше перечисленными при использовании их в мясной промышленности. Это, прежде всего, связано с неограниченностью их источников, возможностью методов генетической инженерии и селекции значительно повысить их продуктивность по интересующему показателю, а также получить целевой препарат при варьировании условий выращивания и компонентного состава питательных сред.

Ферментные системы микроорганизмов, которые включают в себя бактерии, дрожжи, микроскопические грибы и т.д. обладают широким спектром и глубиной действия на субстрат.

Воронежской технологической академией и казанским технологическим институтом совместно проведены исследования по изучению действия препаратов мегатерин Г10Х и протосубтилин Г10Х. Первый препарат получен на основе продуцента Bacillus megaterium. Мегатерин ГC10Х обладает высокой протеолитической активностью и высокой коллагенолитической активностью. Протеолитический комплекс препарата включает два фермента, отличающихся рН оптимумом действия. Протеазы препарата проявляют максимальную активность в области рН 6,8-7,2 и 7,6-8,0 при температуре 37-42°С. Протосубтилин Г10Х -- препарат микробной протеиназы Bacillus subtilis, используемый для производства белковых гидрализатов. Максимальную активность препарат проявляет в области pH 7,0-7,2.

В качестве опытных образцов использовали модельный фарш, составленный на основе говядины 2-го сорта. Результаты исследований показали положительный эффект применения мегатерина Г10Х для обработки мяса. Использование мегатерина Г10Х улучшает функционально-технологические свойства мясного сырья, обеспечиваются хороший выход и переваримость продукта.

Также проводилось изучение влияния мегатерина Г10Х на водо- и солерастворимые фракции белков говядины 2-й категории. Как показали исследования ферментный препарат мегатерин Г10Х одинаково эффективно гидролизовал водо- и солерастворимую фракции белков.

В государственной технологической академии были проведены исследования по переработке шквары жирового производства в гидролизат с помощью ферментного препарата Penicillium wortmanii полученный гидролизат использовали при выработке мясного хлеба.

1.2.4 Модификация вторичного сырья под действием различных видов микроорганизмов

Любые биотехнологические процессы предполагают использование живых систем. Применение микроорганизмов в мясной промышленности предопределяется рядом их особенностей. Один из них -- это высокая скорость роста. Нередко тот или иной микроорганизм является продуцентом различных веществ (органические кислоты, спирты, антибактериальные вещества, ферменты). Например, молочнокислые микроорганизмы способны образовывать молочную кислоту, таким образом, снижая показатель рН фаршевых систем, что способствует отрицательному воздействию на рост условно-патогенной и патогенной микрофлоры, что немаловажно при создании высококачественной продукции.

Однако для получения продуктов с заданными показателями качества и безопасности привело к необходимости применять микроорганизмы с высокими производственно-ценными свойствами.

Использование мясного сырья с высоким содержанием соединительной ткани и высоким уровнем контаминации в производстве высококачественных мясных продуктов ограничено в связи с его низкими технологическими и функциональными свойствами. Однако обработка подобного сырья консорциумом микроорганизмов лактобактерий плантарум 31, 32 и Macrococcus caseolyticus 38 позволяет получить биомассу, качественно отличающуюся по составу от субстрата. В результате обработки вторичного мясного сырья выбранными штаммами происходит: быстрое снижение показателя рН, что приводит к резкому снижению развития условно-патогенной микрофлоры; накопление биомассы, обогащенной незаменимыми аминокислотами и продуктами метаболизма; увеличение доли полноценного белка; накопление ароматобразующих веществ; улучшение сенсорных характеристик.

Биотрансформированное мясное сырье использовали в технологии паштетов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что паштеты, содержащие белковый композит практически не отличаются по содержанию вкусоароматических соединений от контрольного образца, выработанного по традиционной технологии.



1.3 Традиционное использование микроорганизмов в производстве ферментированных мясных продуктов

Во многих странах мира применяют различные виды микроорганизмов при производстве полукопченых, варено-копченых, сырокопченых колбас, так как продукты их жизнедеятельности играют определяющую роль в формировании уникальных свойств готовых изделий.

В США в 1940 г. ученые Енсон и Педдок получили патент на применение лактобацилл Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermenti в качестве стартовых культур для производства сырокопченых колбас. Их применяли в те времена в США преимущественно при выработке так называемой "летней колбасы" с использованием нитрита натрия. В 1955 г. финским ученым Niinivaara была разработана научная теория инокуляции микрококков и практического использования стартовых культур.

Значение молочнокислых бактерий в процессе созревания ферментированных колбас стало известно после публикации работ немецкого микробиолога Касбома в 1954 г. и американских ученых Нивена, Дейбеля, Уилсона в 1958 г. Большой вклад в систематизацию отдельных исследований, разработку отдельных основ и совершенствование технологий производства внесли крупнейшие ученые в области мясной промышленности: Лейстнер, Вирт, Хехельман, Кухаркова, Лаврова, Крылова и др.

В настоящее время в различных странах мира ведутся работы по получению новых штаммов микроорганизмов, изучению их свойств с целью дальнейшего использования в пищевой промышленности.

Так, в Кульмбахе немецкими специалистами из ферментированных колбас был выделен новый штамм Lactobacillus versmoldensis sp. nov (KU-3T).

Этот штамм присутствовал в больших количествах и часто доминировал над другими молочнокислыми бактериями в сырых колбасах.

В Турции из традиционной колбасы суджук были выделены молочнокислые бактерии, отнесенные к видам Lactobacillus plantarum и Pediococcus pentosaceus.

Итальянскими специалистами из сырокопченой колбасы "Soppressata Molisana" был выделен штамм DSM 20266.

В Индонезии из национальной балийской ферментированной салями "Uratan" были выделены и изучены штаммы Lactobacillus plantarum, Lactobacillus farciminis, Lactobacillus fermentum и Lactobacillus hilgardi, Pediococcus acidilactici и Pediococcus pentosaceus.

Испанскими специалистами из ферментированных колбас "Fuets" и "Chorizos" были выделены штаммы Lactobacillus sakei, Lactobacillus curvatus, Lactobacillus plantarum, Staphylococcus xylosus.

Греческими специалистами было выделено более сотни штаммов Staphylococcus carnosus, Staphylococcus xylosus. Штаммы Staphylococcus xylosus проявляли высокую Р-галактозидазную и эстеразо-липазную активности, тогда как штаммы Staphylococcus camosus показали аминопептидазную и фосфотазную активности.

На кафедре технологии мяса и мясопродуктов МГУПБ из сырокопченой колбасы "Скиландис" были выделены штаммы Lactobacillus plantarum 31, Lactobacillus plantarum 32 и Macrococcus caseolyticus 38, которые являются ароматобразующими и проявляют антагонизм к санитарно-показательной микрофлоре.

Штамм Macrococcus caseolyticus 38 обладает также денитрифицирующей способностью.

В этом же университете с поверхности колбасы "Луканка" были выделены дрожжи Debaryomyces hansenii 4D, характеризующиеся значительной солеустойчивостью и антагонизмом к культурам плесеней родов Penicillium, Aspergillus, Cladosporium и др. В настоящее время в МГУПБ получены штаммы Lactobacillus plantarum ЛП-21, Enterococcus faecalis ЕФ-31, ЕФ-55, ЕФ-59, и проведено национальное депонирование этих штаммов во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ГосНИИГенетика.

1.4 Использование бактериальных препаратов в мясной промышленности

Широкое использование в мясной промышленности при производстве сырокопченых и сыровяленых колбас, деликатесных изделиях получили бактериальные препараты.

Например, компания "Хр. Хансен" производит бактериальные препараты Бактоферм™ С-Р-77, Бактоферм™ C-P-77S и др.

Бактоферм™ С-Р-77 -- препарат, содержащий штамм Staphylococcus carnosus, отличающийся высокой толерантностью к соли. Эту культуру используют при производстве сырокопченых и сыровяленых цельномышечных мясных продуктов из сырья с нормальным уровнем рН. Стафилококки обладают способностью образовывать ферменты нитратредуктазу и каталазу, которые участвуют в процессе образования и стабилизации цвета готового продукта. Кроме того, за счет липолитической и протеолитической активности стафилококков деликатесы приобретают изысканный вкус и аромат.

Для мясного сырья с повышенным уровнем рН > 6,0 -- DFD рекомендуется использовать препарат Бактоферм™ C-P-77S, состоящий из комбинации штаммов Staphylococcus carnosus и Lactobacillus pentosus, которая также обладает высокой толерантностью к соли. Молочнокислые бактерии незначительно снижают рН в продукте и, благодаря этому, улучшаются технологические свойства мясного сырья.

ВНИИМПом разработана технология производства сырокопченых колбас, основанная на применении бактериальных препаратов из молочнокислых бактерий; "БП-СК", "АЦИД-СК". Эта технология позволяет интенсифицировать процесс изготовления сырокопченых колбас за счет сокращения продолжительности созревания с 30-40 до 20 суток и увеличить выход полусухих колбас на 6-8%.

Бактериальный препарат "БП-СК" состоит из молочнокислых палочек и денитрифицирующего микрококка, которые были выделены из мясных продуктов и рассолов для посола окороков.

Бактериальный препарат "АЦИД-СК" содержит чистую культуру ацидофильных палочек. При производстве сырокопченых и сыровяленых колбас бактериальные препараты вносят в колбасный фарш в сухом или в восстановленном виде.

Во ВПИИМПе совместно с ИБФМ РАН разработан новый бактериальный препарат -- ПБ-МП. Действующая основа ПБ-МП -- два штамма лактобактерий: Lactobacillus plantarum и Lactobacillus casei, а также денитрифицирующий микрококк Micrococcus varians. На основе этого препарата была разработана технология производства полусухих сырокопченых колбас.



Заключение по литературному обзору

В середине XX века был сделан большой прогресс в области пищевой биотехнологии, и в наше время он, несомненно, будет увеличиваться и не потеряет свою актуальность.

Литературные источники данной работы свидетельствуют о том, что каждый из способов обработки коллагенсодержащего сырья имеет те или иные недостатки. Так, влияние механического воздействия, физических сил или химических факторов вызывает далеко не адекватные изменения структуры соединительной ткани.

Поэтому использование микробиологического фактора, основанного на уникальности и специфичности свойств микроорганизмов, представляется весьма оправданным и перспективным. Спектр микроорганизмов, используемых в качестве стартовых и защитных культур в мясной промышленности, многообразен. Традиционное ферментирование пищевых продуктов было оптимизировано с помощью специально подобранных штаммов стартовых культур (молочнокислых бактерий, дрожжей, мицелиальных грибов).

Однако, исходя из особенностей строения и качественных характеристик вторичного сырья для его обработки необходимо подбирать такие виды микроорганизмов, которые обладают антагонистическим воздействием по отношению к условно-патогенной микрофлоре и обеспечивают комплексное воздействие на сырье за счет проявления своих индивидуальных свойств. Учитывая перспективность разработки новых биотехнологических решений, обеспечивающих комплексное улучшение функционально-технологических свойств сырья с высоким содержанием соединительнотканных белков, представляется весьма актуальным изучение влияния на него штаммами молочнокислых микроорганизмов, обладающими высокими производственно-ценными свойствами.



Глава 2. Схема проведения исследований

2.1 Методика постановки эксперимента. Схема проведения исследований. Характеристика объектов исследования

В соответствии с поставленными целью и задачами была разработана следующая схема проведения эксперимента (рис. 1):

1. выделение новых штаммов микроорганизмов из высококачественных мясных продуктов -- сыровяленые и сырокопченые колбасы, микрофлора которых сформирована естественным путем;

2. изучение морфологических, культуральных, физиолого-биохимических, технологических свойств выделенных микроорганизмов;

3. идентификация выделенных штаммов молочнокислых микроорганизмов в соответствии с Международным стандартом на основе анализа нуклеотидных последовательностей 16S рРНК;

4. паспортизация идентифицированных штаммов и их депонирование в ВКПМ ГосНИИГенетика;

5. обоснование использования выделенных штаммов молочнокислых микроорганизмов для биотрансформации вторичного сырья;

6. получение белкового композита на основе говяжьего легкого, биотрансформированного выделенными штаммами молочнокислых микроорганизмов;

7. определение рационального уровня введения белкового композита взамен адекватного количества основного мясного сырья в технологии вареных колбас;

8. изучение целесообразности производства вареных колбас с использованием белкового композита.

Объектами исследований в данной работе являлись:

· выделенные штаммы молочнокислых микроорганизмов Lactobacillus casei 10, Lactobacillus curvatus 1, Pediococcus pentosaceus 28, Pediococcus acidilactici 8;

· белковый композит, полученный на основе вторичного мясного сырья (легкие крупного рогатого скота) и стартовых бактериальных культур;

· вареная колбаса, выработанная с применением белкового композита.

Рисунок 1. Схема проведения исследования

Исследуемые показатели:

1. определение массовой доли влаги;

2. белка;

3. жира;

4. золы;

5. хлорида натрия;

6. остаточного нитрита;

7. влагосвязывающей способности;

8. величины pH;

9. пероксидного числа;

10. углеводов;

11. экстрактивных веществ;

12. структурно-механических свойств;

13. аминокислотного состава;

14. летучих компонентов;

15. количества молочнокислых организмов;

16. энергетической ценности;

17. переваримости;

18. массы продукта;

19. выхода готовой продукции;

20. органолептических показателей.

2.2 Методы исследований

1. Изучение технологических свойств

2. Определение массовой доли влаги

3. Определение массовой доли белка

4. Определение массовой доли жира

5. Определение массовой доли золы

6. Определение массовой доли хлорида натрия

7. Определение массовой доли остаточного нитрита

8. Определение влагосвязывающей способности

9. Определение величины рН

10. Определение пероксидного числа

11. Определение углеводов

12. Определение экстрактивных веществ

13. Определение структурно-механических свойств

14. Определение аминокислотного состава

15. Определение летучих компонентов

16. Определение микробиологических показателей

17. Определение количества молочнокислых микроорганизмов

18. Определение энергетической ценности

19. Определение переваримости

20. Определение массы продукта

21. Определение выхода готовой продукции

22. Определение органолептических показателей

2.2.1 Определение технологических свойств молочнокислых микроорганизмов

Определение предела кислотообразования

Для определения предела кислотообразования молочнокислых бактерий в пробирку с 10 мл стерильного обезжиренного молока вносили одну петлю исследуемого штамма и выдерживали в термостате при оптимальной температуре (37°С) в течение 7 сут., после чего определяли титруемую кислотность, которая характеризует предел кислотообразования штамма.

Определение энергии кислотообразования

Энергию (интенсивность) кислотообразования молочнокислых бактерий определяли по времени образования сгустка молока (кислотность около 58-60°Т) при внесении 0,5 смі молодой (12-20-часовой) культуры в 10 смі стерильного обезжиренного молока и выращивании посевов при оптимальной температуре 37°С.

Кислотность молока, выраженную в °Т, определяли при титровании 0,1 N NaOH с индикатором фенолфталеином. Для титрования брали 10 смі молока, разбавленного 20 смі дистиллированной воды. Объем щелочи (в смі), пошедший на нейтрализацию кислоты, умножали на 10 (то есть производили перерасчет на 100 смі молока) и получали, таким образом, кислотность молока в °Т (1°Т соответствует 9 мг молочной кислоты в 100 смі молока).

Редукция нитритов

Для выяснения редуцирующей способности нитритов исследуемой культуры проводили следующие реакции.

К свежеприготовленному МПБ добавляли 0,2% калийной селитры (KNO3), свободной от нитритов и разливали по 5 мл в пробирки. Среду стерилизовали при 120°С в течение 15 мин.

Приготовление реактива. I. Брали 1 г растворимого крахмала на 100 мл кипящей дистиллированной воды и после охлаждения раствора добавляли 0,5 г йодистого калия. П. Готовили 10%-й водный раствор химически чистой серной кислоты.

Растворы I и II смешивали в равных объемах перед постановкой реакции. Срок годности готового реактива -- 15 мин.

Постановка реакции. Через 48-72 часа выдерживания исследуемой культуры в термостате к каждой засеянной пробирке с нитратным бульоном добавляли по 1 мл реактива. При редукции нитратов в нитриты получается темно-синее окрашивание бульонной культуры.

Определение устойчивости к соли

Для определения устойчивости микроорганизмов к различным концентрациям NaCl (2, 4, 6, 8, 10, 12%), проводили посев суточных культур молочнокислых микроорганизмов на среду МРС с соответствующими концентрациями соли. Рост микроорганизмов оценивали визуально.

Определение антагонистической активности по отношению к санитарно-показательной микрофлоре

Для определения антагонистической активности микроорганизмов использовали метод перпендикулярных штрихов. В качестве тест-культур использовали следующие штаммы: Staphylococcus aureus 6538-р (209-р), Stahpylococcus epidermidis 14990, Staphylococcus saprophiticus 15305, Escherichia coli 157, Salmonella typhimurium 5715, Shigella sonnae 5063, Proteus vulgaris 14, Proteus mirabilis 47.

2.2.2 Определение содержания влаги (ГОСТ 9793-74)

Содержание влаги определяли методом высушивания при температуре 150°С в сушильном шкафу. Навеску измельченного продукта (3 г), взвешенную в бюксе с точностью до 0,0002, высушивали в сушильном шкафу при температуре 150°С в течение 1 часа. После охлаждения бюксы в эксикаторе и взвешивания рассчитывают содержание влаги но формуле:

,

где (2.2.1) X -- содержание влаги, %;

M1 -- масса бюкса с песком, стеклянной палочкой и навеской до высушивания, г;

М2 -- масса бюкса с песком, стеклянной палочкой и навеской после высушивания, г;

М -- масса бюкса с песком и стеклянной палочкой после высушивания, г.

2.2.3 Определение содержания белка

Содержание белковых веществ в продукте определяли по количеству белкового азота, который находится по разности между количеством общего и небелкового азота с учетом пересчета азота на белок. Метод определения азота основан на минерализации органических соединений с последующим определением азота по количеству образовавшегося аммиака с дальнейшей его отгонкой в чашках Конвея.

Содержание общего азота рассчитывали но формуле:

,

где (2.2.2) X -- содержание общего азота, %;

0,00021 -- количество азота, эквивалентное 1 мл 0,015М раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование контрольного раствора, мл;

V1 -- объем 0,015М раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование испытуемого раствора, мл;

К -- коэффициент пересчета на точно 0,015М раствор гидроксида натрия;

m0 -- масса навески, г;

V2 -- объем минерализата, взятый для отгонки аммиака, мл.

2.2.4 Определение содержания жира методом Сокслета

Метод основан на многократной экстракции жира растворителем из подсушенной навески продукта с последующим удалением растворителя и на высушивании жира до постоянной массы. Количества жира вычисляли по формуле:

,

где (2.2.3) X -- содержание жира, %;

m1 -- масса гильзы с материалом до экстрагирования, г;

m2 -- масса гильзы с материалом после экстрагирования, г;

m0 -- масса навески до высушивания, г.

2.2.5 Определение содержания золы

Общее содержание минеральных веществ может быть определено озолением. Содержание золы определяли ускоренным методом. Для этого использовали раствор ацетата магния, который способствует образованию пористой структуры озоляемого вещества, что обеспечивает лучший доступ кислорода воздуха.

Содержание золы рассчитывали по формуле:



,

где (2.2.4) X -- содержание золы, %;

m2 -- масса золы, г;

m1 -- масса оксида магнии, полученная после минерализации, г;

m0 -- масса навески, г.

2.2.6 Определение содержания хлорида натрия

Содержание хлорида натрия определяли в водной вытяжке из продукта методом Мора в нейтральной среде. Метод Мора основан на осаждении иона хлора ионом серебра в нейтральной среде в присутствии хромата калия в качестве индикатора, дающего осадок оранжево-красного цвета. Содержание хлорида натрия определяли по формуле:

,

где (2.2.5) X -- содержание хлорида натрия, %;

0,0029 -- количество хлорида натрия, эквивалентное 1 мл 0,05М раствора нитрата серебра, г;

К -- коэффициент пересчета на 0,05М раствор нитрата серебра;

V1 -- объем фильтрата, взятый на титрование, мл;

V2 -- объем 0,05М раствора нитрата серебра, пошедший на титровани, мл;

m0 -- масса пробы, г.

2.2.7 Определение содержания остаточного нитрита

Метод основан на измерении интенсивности окраски, образующейся при взаимодействии нитрита с сульфаниламидом М-(1-нафтил)-этилендиаминдигидрохлоридом в безбелковом фильтрате. Концентрацию нитрита натрия находят на калибровочном графике по полученной оптической плотности. Интенсивность красной окраски измеряли на спектрофотометре при длине волны 538 нм. Содержание нитрита вычисляли по формуле:

,

где (2.2.6) X -- содержание нитрита в 100 г продукта, мг;

С -- количество нитрита в 1 мл окрашенного раствора, найденное по калибровочному графику, мкг;

m0 -- масса навески продукта, г;

V -- объем фильтрата, взятый для фотометрического измерения, мл;

1000 -- перевод в мг.

2.2.8 Определение влагосвязывающей способности

Определение влагосвязывающей способности определяли методом прессования. Метод прессования основан на выделении воды испытуемым образцом при легком его прессовании, сорбции выделяющейся воды фильтровальной бумагой и определении количества отделившейся влаги по площади пятна, оставляемого ею на фильтровальной бумаге. Размер влажного пятна вычисляют по разности между общей площадью пятна и площадью пятна, образованного испытуемым образцом. Массовую долю связанной влаги в образце вычисляли по формуле:

,



где (2.2.7) X1 -- массовая доля связанной влаги в мясном фарше, % к массе мяса;

Х2 -- массовая доля связанной влаги, % к общей влаге;

М -- общая масса влаги в навеске, мг;

S -- площадь влажного пятна, см ;

m0 -- масса навески мяса, мг.

2.2.9 Определение величины рН

рН среды определяли потенциометрическим методом в водной вытяжке, приготовленной в соотношении 1:10, помещали для коагуляции белков. После охлаждения вытяжку фильтровали и измеряли рН.

2.2.10 Определение пероксидного числа

Для определения пероксидного числа берут 0,5 г навески с точностью до 0,001 г. Навеску помещают в колбу и ставят на водяную баню. Затем приливают 5 мл хлороформа, 5 мл концентрированной уксусной кислоты и 0,25 мл насыщенного раствора иодида калия. Полученное содержимое тщательно перемешивают и ставят на 5 минут в темное место. После этого приливают 50 мл дистиллированной воды и 0,5 мл 1%-го раствора крахмала. Содержимое колбы должно окраситься в синий цвет. Далее проводят титрование тиосульфатом натрия до исчезновения синей окраски.

,

где (2.2.8) a -- объем тиосульфата натрия, пошедший на титрование образца, мл;

b -- объем тиосульфата натрия, пошедший на титрование реактива, мл;

m -- масса навески, г.



2.2.11 Определение углеводов

Определение углеводов определяли расчетным методом, если известно количество белка, жира, влаги, экстрактивных веществ (в %) в исследуемом образце: углеводы (%) = 100-белок-жир-влага-экстрактивные вещества.

2.2.12 Определение экстрактивных веществ

Общий азот можно рассматривать как сумму белкового и небелкового азота. Небелковый азот характеризуется наличием пептидов, свободных аминокислот, аммиака, азотистых соединений. Если из водной вытяжки осадить белки и отфильтровать осадок, в фильтрате можно определить небелковый азот, а в осадке -- азот растворимых белков. Зная содержание общего азота в исследуемом материале и азот в фильтрате, по разнице можно судить о количестве суммарных белков.

Определение экстрактивных веществ определяли следующим образом: 1 г хорошо измельченного образца встряхивают в закрытом сосуде с 20 мл дистиллированной воды. Экстракцию повторяют 3 раза, каждый раз сливая жидкость через фильтр в мерную колбу на 50 мл. Объем водного экстракта доводят до метки и смешивают с равным объемом 20%-ной ТХУ кислотой, выпавший осадок отфильтровывают, промывают 10%-ным раствором той же кислоты. Промыв ведут так, чтобы общий объем фильтрата был равен 100 мл. Минерализуя фильтрат, определяют остаточный азот, минерализуя осадок на фильтре, определяют азот растворимых белков. Для минерализации фильтрата берут 2 мл фильтрата, прибавляют 1 мл 40%-ной H2SO4 и минерализуют до полного обесцвечивания с катализатором (Н2О2 или CuSO4), после этого жидкость охлаждают и количественно переносят в колбу на 25 мл, доводят до метки и перемешивают. Из этого объема берут 5 мл и вносят в мерную колбу на 25 мл, добавляют 1 мл реактива Несслера, доводят до метки и перемешивают. Параллельно готовят контрольную пробу со стандартным раствором, где известна концентрация азота. Для этого в мерную колбу на 25 мл вносят 3 мл стандартного раствора сульфата аммония (NH4)2SO4, прибавляют 1 мл реактива Несслера, доводят водой до метки и перемешивают. Обе колбы оставляют на 10 мин. Для развития окраски, после чего колометрируют на ФЭКе с синим светофильтром.

Количество небелкового азота в мг % вычисляют по формуле:

,

где (2.2.9) d -- оптическая плотность стандартного раствора;

D -- оптическая плотность пробы;

0,02 -- концентрация азота в 1 мл стандартного раствора (NH4)2SO4, мг;

3 -- объем стандартного раствора, взятого для цветной реакции;

5 -- объем фильтрата, взятого для минерализации;

100 -- перевод в проценты;

V -- разведение при экстракции (V =100)

Н -- навеска пробы, г.

2.2.13 Определение структурно-механических свойств

Структурно-механические свойства характеризуют поведение продукта в условиях напряженного состояния и позволяют связать между собой напряжении, деформации и скорости деформаций в процессе приложения усилия. По характеру приложения к продукту внешних усилий и вызываемым ими деформациям их можно классифицировать на три группы: сдвиговые, компрессионные, поверхностные.

Определение предельного напряжения сдвига

Определение ПНС производится коническим индентором с углом при вершине б = 60°, движущимся с постоянной скоростью.

Исследуемый помещается в цилиндрическую кювету, устанавливается под траверсой и центрируется под индентором.

В процессе эксперимента определяются усилие пенетрации и глубина погружения конуса.

ПНС определяется по формуле П.А. Ребиндера:

Па,

где (2.2.10) Р -- усилие пенетрации, Н;

Н -- глубина погружения конуса, м;

Кб -- константа конуса при б = 60°, Kб = 0,214.

Определение работы резания

На специальном устройстве вырезают ровный цилиндрический образец диаметром 10 мм. Полученный образец подвергали срезу с помощью прижимной пластины, имеющей ножевую поверхность с десятью ножевыми лезвиями. Усилие, необходимое для среза образца, передается через тензодатчик и фиксируется в виде пика в компьютерной программе Microsoft Excel, где и автоматически производится расчет работы резания.

Определение пластичности

Определение пластичности проводится по следующей формуле:

смІ/г,

где (2.2.11) S -- площадь влажного пятна, смІ;

m -- масса навески, г.

2.2.14 Определение аминокислотного состава белков

Аминокислотный анализ проводили с использованием хроматоргафии на сульфо-полистирольном ионообменнике с элюцией ступенчатым градиентом натрийцитратных буферных растворов на аминокислотном анализаторе ААА 339. Подготовка проб осуществлялась следующим образом: навески исследуемых образцов лиофилизировали до постоянной массы. Полученные сухие образцы растирали в ступке. Приготовленные таким образом препараты использовали для кислотного гидролиза. Для проведения кислотного гидролиза навески сухих растертых образцов помещали в стеклянные ампулы, затем добавляли по 400 мкл смеси состоящей из 2 мл концентрированной НСl, 1 мл трифторуксусной кислоты и 3 мкл в-меркаптоэтанола. Ампулы запаивали и выдерживали 1 ч при 155°С. После этого ампулы вскрывали и высушивали образцы в роторном испарителе. Для удаления остатков кислот дважды добавляли по 400 мкл воды и высушивали. Затем образцы растворяли в 1 мл воды. К 50 мкл полученного раствора добавляли 450 мкл воды. К 100 мкл этой смеси добавляли 150 мкл 0,1 НСl и полученный раствор использовали для нанесения на аминокислотный анализатор.

2.2.15 Определение состава летучих комионентов в продукте

Для определения качественного и количественного состава летучих компонентов образцы исследуемых продуктов (400 г) измельчали с помощью блендера, по 200 г фарша переносили в 2 колбы, добавляли по 600 мл дистиллированной воды и по 1 мг (5000 мкг на 1 кг продукта) н-додекана в качестве внутреннего стандарта. Летучие компоненты извлекали в течение 24 ч с 2 мл пентана методом экстракции. Для проведения исследований использовали масс-спектрофотометр фирмы Varians Star 200. Анализировали по 2 мкл эфирных экстрактов. В аликвоту концентратов добавляли 1 мкл смеси н-алканов и анализировали в тех же условиях. Хроматограммы регистрировали с помощью системы сбора и обработки хроматографических данных Chromatogram Plot.

2.2.16 Определение микробных контаминантов

Бактериологический анализ включает определение: общего количества микроорганизмов; бактерий группы кишечной палочки; бактерий рода Proteus; бактерий рода Salmonella; сульфитредуцирующих бактерий рода Clostridium perfrigens.

Определение общего количества микроорганизмов.

Сущность метода заключается в способности мезофильных аэробов и факультативных анаэробов расти на питательном агаре при температуре 37°С с образованием колоний.

Для определения общей микробной обсемененности в 1 г продукта в стерильную чашку Петри вносят 0,1 мл исходной взвеси (0,01 г исследуемого колбасного изделия), заливают расплавленном и остуженным до температуры 45°С МПА. Культивирование производили при 37°С трое суток. Подсчет выросших колоний получают, умножая степень разведения анализируемого продукта на выросшее количество колоний. За окончательный результат определения количества бактерий в 1 г анализируемого продукта принимают среднее арифметическое результатов подсчета двух чашек разной массы продукта.