Введение к работе
Актуальность темы. Перспективным направлением реализации биотехнологических методов в мясной промышленности является создание новых технологических решений, основанных на эффективном использовании как собственных ферментных систем биологических объектов, так и целенаправленно внесенных микроорганизмов (бактериальных стартовых культур), продуцирующих ферменты, белки, незаменимые аминокислоты и витамины. Многообразие технологических приемов обработки мясного сырья микроорганизмами позволяет вырабатывать готовые продукты высокого качества, обладающих новыми функциональными свойствами. Эффективность применения бактериальных стартовых культур зависит от их биоактивности, состава и свойств микроорганизмов, условий культивирования, состава сырья, режимов технологиче-feoft обработки.
^ Достижения в развитии методов биомодификации сырья животного происхождения, изучение особенностей метаболизма микроорганизмов, повышение их функциональных свойств заложены в фундаментальных и прикладных исследованиях Л.В. Антиповой, В.М. Богданова, Л.И. Воробьевой, В.И. Галиной, Н.С. Королевой, И.А. Рогова, В.Ф. Семенихиной, А.Б. Лисицына, Н.Н. Липатова (ст), ВВ. Хорольского, И.С. Хамагаевой, L. Bener, G.B. Gibson, W.P. Hammes, F.K. Liicke, N.P. Shan и др.
Среди ингредиентов, определяющих функциональные свойства продуктов питания, особое место занимают микроорганизмы с пробиотическими свойствами, формирующие нормальную микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Это является одним из решающих факторов формирования значимости продуктов питания с пробиотическими свойствами.
Как известно, мясо и мясопродукты занимают значительную долю в рационе питания населения, а выбор мясных продуктов с пробиотическими свойствами ограничен в виду недостаточных сведений об антагонизме действия пробиотических культур в мясном сырье, содержащем различные пищевые ингредиенты, о влиянии различных технологических факторов на выживаемость микроорганизмов, о роли и значении этих культур в формировании функционально-технологических свойств сырья и готового продукта.
Разработка объективных критериев оценки пробиотических свойств микроорганизмов, основанных на изучении их физиологических, биохимиче-
ix характеристик, создает возможность для технологического использования в производстве мясных продуктов.
Анализ научно-технических результатов исследований в данном направлении показывает перспективность фундаментальных разработок, связанных с изучением влияния условий культивирования и сохранения биоактивности пробиотических микроорганизмов под действием физических и химических факторов в ходе технологического процесса производства мясных продуктов.
С точки зрения пробиотических свойств микроорганизмов большой интерес представляют пропионовокислые бактерии и бифидобактерии. Как известно из литературы, пропионовокислые бактерии имеют многоуровневую защиту против мутагенов среды. Известно, что десмутагенез, который обнару-
живают in vitro в бактериальных системах, проявляет высокое сродство для других биологических систем и для человека, поскольку химическая или энзи-матическая модификация и инактивация мутагенов должна приводить к снижению или полному ингибированию индуцированных мутаций в любой биологической системе. Следовательно, пища станет безопасной, если ее мутагенные и канцерогенные ингредиенты будут перед употреблением инактивированы.
Таким образом, пробиотические микроорганизмы как источники антимутагенов представляют несомненный интерес для создания продуктов нового поколения с защитными свойствами.
Цель її задачи исследований. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование и разработка биотехнологии мясных продуктов с использованием пробиотических микроорганизмов, обладающих антимутагенными свойствами.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие з^В
дачи исследований: ^^
изучение биотехнологического потенциала пропионово кислых и би-фидобактерий;
исследование антимутагенных свойств пробиотических микроорганизмов;
влияние концентрации поваренной соли и нитрита натрия на стрессовые ответы пропионовокислых бактерий;
теоретическое обоснование роли внеклеточных факторов адаптации (ВФА) в стабилизации микробной популяции в неблагоприятных условиях среды;
изучение межклеточной когезчи как механизма адаптации пропионовокислых бактерий к неблагоприятным факторам среды;
исследование биохимических и микробиологических процессов при посоле и созревании мясного сырья с пробиотическими микроорганизмами;
исследование влияния пребиотических свойств кедрового шрота и рафтилина на функционально-технологические свойства мясного сырья;
влияние биотехнологической и электрофизической обработки на созревание парного мяса с целью использования его в консервном производстве;
практические аспекты применения пробиотических культур для создания биотехнологии мясных продуктов, оценка их качества и безопасности;^^
разработка нормативной докумеїггации и опытно-промышленная прг^ верка биотехнологии мясных продуктов с использованием пробиотических микроорганизмов.
Концепция биотехнологии мясных продуктов с использованием пробиотических микроорганизмов.
Широкая химизация промышленности и сельского хозяйства, все большее проникновение химических препаратов в быт, наряду с известными преимуществами, несут собой опасность, связанную с увеличением мутационного груза в популяциях растений, животных и человека.
При производстве мясных изделий для повышения потребительских
свойств продуктов добавляют нитрит натрия, который вызывает риск образования в желудочно-кишечном тракте нитрозоаминов и других иитрозосоедине-ний, обладающих канцерогенными свойствами. Наряду с сильной канцероген-ностью нитрозосоединения могут оказывать и мутагенное действие на организм человека.
Одним из подходов к снижению избыточного действия химических мутагенов на организм человека является разработка пищевых продуктов с антимутагенными свойствами.
Наиболее перспективным направлением создания мясных продуктов с
антимутагенными свойствами является использование пробиотических микро
организмов среди которых особенно выделяются пропионовокислые бактерии.
Они обладают десмутагенными и биоантимутагенными свойствами и представ
ляют несомненный интерес для создания мясных продуктов нового поколения.
Щ В этой связи научная концепция данной работы заключается в создании
оиотехнологических подходов к разработке мясных продуктов с использованием пробиотических микроорганизмов с выраженной антимутагенной активностью.
Научная новизна. Разработаны теоретические и практические основы технологии мясных продуктов с антимутагениыми свойствами. Теоретически обоснована роль внеклеточных факторов адаптации (ВФА) в стабилизации популяции пропионовокислых бактерий при изменении условий культивирования, их высокая устойчивость к поваренной соли, нитриту натрия и другим пищевым ингредиентам, формирующим потребительские свойства колбасных изделий.
На основе исследования ВФА разработаны новые подходы к регуляции активности и численности пробиотических микроорганизмов при производстве мясных продуктов.
Изучены механизмы адаптации пропионовокислых бактерий к высоким концентрациям поваренной соли и нитрита натрия. Показано, что межклеточные контакты, агрегация клеток с повышением концентрации соли в питательной среде поддерживают жизнеспособность клеток и обеспечивают адаптацию пропионовокислых бактерий к неблагоприятным факторам внешней среды.
Изучена антимутагенная активность пробиотических микроорганизмов. Отмечено, что высокотемпературная обработка клеток пропионовокислых бактерий приводит к незначительному снижению антимутагенной активности, что ^Ьидетельствует о высокой термоустойчивости веществ — ингибиторов мута-Чдай.
Увеличение дозы нитрита натрия в питательной среде приводит к повышению антимутагенной активности пропионовокислых бактерий, что указывает на индукцию антимутагенеза.
С учетом биотехнологических свойств, антимутагенной активности пробиотических микроорганизмов подобраны моно- и поликультуры, отвечающие специфическим требованиям технологических процессов производства колбасных изделий.
Выявлена высокая биохимическая активность пропионовокислых бактерий в мясном субстрате, позволяющая ускорить биотехнологические процессы
при посоле и созревании мяса.
Показано, что внесение кедрового шрота и рафтилина, обладающих пребиотическими свойствами, стимулируют рост пропионовокислых бактерий и улучшают функционально-технологические свойства мясного фарша для вареных колбас.
Доказана высокая выживаемость пропионовокислых и бифидобактерий в процессе сушки, копчения и длительного хранения сырокопченых колбас, что свидетельствует о пробиотических свойствах готового продукта.
Методом газовой хроматографии установлено, что при использовании бакконцентрата на основе пропионовокислых и бифидобактерий в роли стартовых культур значительно повышается количество терпенов и лактонов, влияющих на формирование вкуса и аромата сырокопченых колбас.
Обоснована и подтверждена целесообразность изготовления натуральных консервов из парного мяса с предварительной его биотехнологической обработкой. Установлено, что за счет снижения рН происходит разрушение» бикарбонатной буферной системы мяса до стерилизации и снижается вероятность бомбажа банок при тепловой обработке.
Научная новизна технических решений подтверждена двумя патентами.
Практическая ценность работы. На основе анализа и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований предложены рациональные параметры технологического процесса производства вареных, варено-копченых, сырокопченых колбас и натуральных мясных консервов из парного мяса с использованием пробиотических микроорганизмов.
Разработаны оригинальные рецептуры вареных колбас с использованием пробиотических микроорганизмов и нетрадиционного сырья растительного происхождения — кедрового шрота и рафтилина как пребиотиков, улучшающие функционально-технологические свойства мясного сырья.
Разработана технология сырокопченых колбас, обладающих пробиоти-ческими свойствами с регламентированным содержанием пропионовокислых и бифидобактерий в готовом продукте в количестве не менее 107 КОЕ/г к концу срока годности.
На основе биотехнологического метода обработки мясного сырья разработана технология натуральных консервов из парного мяса, значительно сокращающая производственный цикл, энерго - и трудозатраты.
На новые продукты с пробиотическими микроорганизмами разработаны
нормативные документы: ^Л
ТУ 9213-044-02069473-2006. Колбаса варено-копченая «Байкальская» в/с;
ТУ 9213-055-02069473-2005. Колбаса вареная «Таежная» 2 сорта;
ТУ 9213-056-02069473-2005. Колбаса вареная «Оригинальная» 2 сорта;
ТУ 9213-059-02069473-2006. Колбаса сырокопченая «Пробиотиче-ская» в/с;
ТУ 9216-057-02069473-2006. Консервы мясные «Говядина тушеная Сибирская».
Разработанные технологии прошли опытно-промышленную проверку на ОАО «Бурятмясопром», ОАО «Петровск-Забайкальский мясокомбинат», ООО «Важенка», где получили положительный отзыв и рекомендованы к внедрению.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы доложены:
на республиканских, региональных и межрегиональных научно-технических конференциях (Москва, 1994, 1996, 1997, 2004; Санкт-Петербург, 1996; Юрга, 1999; Улан-Удэ, 2003; Иркутск, 2004; Омск, 2005);
на Всероссийских научно-технических конференциях (Ленинград, 1991; Киев, 1991; Кемерово, 1991; Юрга, 2003; Екатеринбург, 2004; Улан-Удэ, 2005; Хабаровск, 2005);
— на Международных научно-практических конференциях, семинарах
|^(Москва, 1997, 199S, 1999, 2000, 2000, 2003, 2004; Москва-Ялта, 2001; Орел,
^^2001; Воронеж, 2003, 2004; Омск, 2003; Краснообск, 2002, 2004; Пенза, 2006);
— на научных конференциях Восточно-Сибирского государственного
технологического университета (1991—2006 гг.).
Публикации. По материалам диссертаций опубликовано 66 работ, в том числе 1 монография и 20 статей, получено 2 патента на изобретения. На защиту выносятся следующие основные положения:
концепция биотехнологических подходов к разработке мясных продуктов с использованием пробиотических микроорганизмов с выраженными антимутагенными свойствами, включающая:
теоретическое обоснование роли ВФА в стабилизации популяции про-пионовокислых бактерий при изменении условий культивирования;
исследование антимутагенной активности пробиотических микроорганизмов;
новый подход к подбору пробиотических микроорганизмов с учетом их биотехнологического потенциала для обработки сырья, отвечающий специфическим требованиям технологических процессов производства мясных продуктов;
экспериментальные исследования по разработке биотехнологии вареных, варено-копченых и сырокопченых колбас с пробиотическими микроорга-
*
низмами; — обоснование использования добавок растительного происхождения, обладающих пребиотическими свойствами в целях улучшения функционально-технологических свойств мясного фарша;
влияние пробиотических культур на микробиологические процессы при производстве сырокопченых колбас;
обоснование использования парного мяса с предварительной биотехнологической обработкой для производства мясных натуральных консервов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 343 наименований источников.
