Введение к работе
Актуальность работы. Производство мясных продуктов всегда было и остается наиболее трудоемкой и дорогостоящей отраслью. Известно, что в процессе хранения и реализации мясные продукты претерпевают целый ряд изменений, негативно отражающихся на их качестве: естественные весовые потери, окисление жиров, поражение поверхности нежелательной микрофлорой и др.
Основными инициаторами микробных поражений поверхности мясных продуктов являются плесневые грибы рода Penicillium и Aspergillus, обладающие высокой способностью к спорообразованию. Конидиям этих грибов свойственна не только повышенная устойчивость к действию различных физико-химических факторов, но и способность к быстрому прорастанию и активному росту на поверхности белоксодержащих продуктов. Именно эти микроорганизмы ухудшают органолептические показатели продукции, вызывают изменения в составе белков, жиров, продуцируют высокотоксичные вещества и создают благоприятные условия для развития болезнетворных бактерий.
Наиболее эффективным средством для сохранения качества продуктов питания является упаковка, поскольку она способна многократно увеличивать сроки хранения продуктов, обеспечивать оптимальные условия их доставки и хранения, а также продвижение на рынке. Однако используемая в настоящее время упаковка из синтетических полимерных материалов в сочетании с вакуумом и модифицированной газовой средой не только повышает стоимость пищевых продуктов, но и приводит к ухудшению экологической ситуации, так как пластик трудно подвергается биологической деструкции.
В этой связи ученые всего мира обращают внимание на создание и расширение ассортимента упаковочных материалов, употребляемых вместе с продуктами и не засоряющих окружающую среду.
Теоретические и практические основы создания экологически безопасных тароупаковочных материалов с использованием в качестве полимерной основы природных высокомолекулярных соединений заложены в работах отечественных и зарубежных ученых: Берлина А.А., Гуля В.Е., Эльцефона Б.С., Раевского В.Г., Беляцкой О.Н., Булатниковой Л.И., Пешехоновой А.Л., Снежко А.Г., Самойловой Л.Г., Кузнецовой Л.С., Нагула М.Н., Евстафьевой Е.А., Дибирасулае-ва М.А., Динзбурга Л.И., McHugh Т., Ebinara Т., Okamoto J., Tomasula Р.М., Fogler J. и многих других.
В последние годы особое внимание уделяется созданию защитных пленок и покрытий на основе белков растительного и животного происхождения, способных создавать достаточно прочную протеиновую матрицу и.обладающих целым рядом высокофункциональных свойств, необходимых для формирования покрытий. Покрытия на основе белков, как правило, съедобны, водонерас-творимы, эластичны и отличаются высокими барьерными свойствами (проницаемость к 02 и С02).
Для защиты поверхности мясных продуктов более перспективно применение животных белков, поскольку они имеют, как правило, нейтральный запах и мясной вкус. Кроме того, повышенный интерес представляет биопотенциал
животных белков, в частности коллагеновых, рассматриваемых в качестве носителей биологически активных веществ, антимикробных добавок и других соединений.
Цель и задачи исследований. Целью представленной работы явилась разработка белоксодержащей пленкообразующей композиции, обеспечивающей получение покрытия, обладающего пролонгированной противоплесневой активностью и предназначенного для защиты поверхности мясных продуктов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
выделить и идентифицировать типичные мицелиальные грибы, поражающие поверхность мясных продуктов;
изучить влияние экзогенных источников углерода, азота и пищевых пленкообразующих веществ на процесс прорастания конидий мицелиальных грибов;
изучить действие антимикробных добавок природного происхождения на ростовые процессы гриба P. chrysogenum и разработать рецептуру противоплесневой добавки, предназначенной для введения в состав белкового шіенкообразователяі
изучить действие антимикробных агентов природного происхождения на изменения в составе липидов P. chrysogenum;
разработать белоксодержащую пленкообразующую композицию и изучить эксплуатационные свойства покрытия на ее основе;
провести сравнительные исследования показателей качества в процессе хранения мясных продуктов, выработанных с применением белоксодер-жащего покрытия;
разработать технологическую схему и проект инструкции по приготовлению и применению белоксодержащей пленкообразующей композиции для защиты поверхности мясных продуктов;
определить экономический эффект от использования белоксодержащей пленкообразующей композиции в технологии мясных продуктов.
Научная новизна работы.
Аналитически и экспериментально обоснована целесообразность использования в технологии мясных деликатесов белоксодержащей пленкообразующей композиции, обладающей противоплесневой активностью.
На основании изучения изменений жирнокислотного и фракционного состава липидов P. chrysogenum в ответ на действие антимикробных веществ выявлено функционирование в клетках плесневых грибов следующих биохимических механизмов компенсаторной адаптации: изменение соотношений полярных и нейтральных липидов, гликолипидов и фосфолипидов, стеринов и эфи-ров стеринов, состава фосфолипидов и нейтральных липидов, а также степени ненасыщенности и длины ацильных цепей в составе жирных кислот.
Обоснован выбор и соотношение природных ингредиентов (диацетата натрия и лактата натрия) в составе противоплесневой добавки, предназначенной для введения в пленкообразующую основу.
Установлен экзогенный тип покоя для конидий плесневых грибов P.roqueforti, P.chrysogenum и E.amstelodami, инициирующих поражение поверхности пищевых продуктов. Определена термостабильность конидий P.chrysogenum.
Обнаружены индивидуальные особенности прорастания конидий Е. ат-stelodami, для которых, в отличие от представителей Penicillium, характерно бинарное прорастание без предварительного «слипания» их в «комочки».
Обоснован выбор структурообразователя в составе защитного покрытия путем оценки избирательной потребности пищевых субстратов, необходимых для прорастания конидий плесневого гриба P. chrysogenum.
На основании исследования барьерных, структурных, сорбционных, микробиологических характеристик белковых пленок, степени их переваривания обоснован выбор белкового препарата «Белкатон А-95» в качестве пленкообразующей основы.
Показано, что использование белоксодержащей пленкообразующей композиции в технологии мясных деликатесов позволяет надежно защитить их поверхность от поражения плесенями, потери влаги и окисления жиров путем сохранения в их составе эссенциальных полиненасыщенных жирных кислот.
Практическая значимость работы. С поверхности мясных продуктов и из воздуха производственных помещений мясоперерабатывающих предприятий выделены, идентифицированы и переданы в коллекцию мицелиальных грибов МГУПБ следующие штаммы: Penicillium verrucosum ВКМ FW-3058; Penicillium brevicompactum ВКМ FM-3059; Penicillium commune ВКМ FM-3081; Penicillium commune BKM FM-3082; Penicillium commune BKM FM-3084; Eurotium amstelo-dami BKM FM-3085. Культуры приняты для хранения и использования во Всероссийскую коллекцию микроорганизмов ИБФМ РАН.
Предложена технологическая схема процесса получения и нанесения белоксодержащей пленкообразующей композиции на поверхность мясных продуктов, не требующая принципиальных изменений технологии их производства.
Разработана инструкция по приготовлению и применению покрытия «Протекоут» для защиты поверхности пищевых продуктов.
Проведена опытная промышленная выработка мясных продуктов на мясоперерабатывающем предприятии ОАО «Обнинский колбасный завод», показавшая возможность использования покрытия «Протекоут» для защиты поверхности мясных деликатесов, что подтверждено актом производственных испытаний. На примере свиных деликатесов «Окорочок «Домашний» показано, что срок годности мясных продуктов, выработанных с использованием покрытия «Протекоут», может быть увеличен в 1,5 раза (с 10 до 15 суток).
Новизна технического решения отражена в положительном решении о выдаче патента РФ по заявке № 2009142990/13(061244) от 09.09.2010 г.
Экономический эффект от использования покрытия «Протекоут» в технологии мясных деликатесов может составить 2,6 млн. руб. в год.
Работа выполнена при поддержке грантов: Министерства образования и науки РФ№ 2.2.3.1/4209, Госконтракта МГУПБ № П - 175, РФФИ-офи-а №07-04-12005 и г/б темы МГУПБ № 10-2-08.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научных конференциях «Живые системы и биологическая безопасность населения» (М., 2006, 2007, 2008, 2009, 2010); Международных научно-практических конференциях, посвященных памяти В.М. Горбатова: «Интеграция в мясную промышленность России современных методов управления качеством и прослеживаемости» (М., 2006) и «Обеспечение продовольственной безопасности России через наукоемкие технологии переработки мясного сырья» (М., 2009); Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (М., 2007,2008, 2009, 2010); Всероссийском конгрессе по медицинской микологии (М., 2007); Междисциплинарных микологических Форумах (М., 2008, 2009, 2010); Выставке-семинаре «Применение современных биотехнологий в пищевой промышленности» (Вьетнам, Ханой, 2009), IV - ой Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научный потенциал студенчества в XXI веке» (Ставрополь, 2010).
Результаты работы и полученное защитное покрытие экспонировались на Международном конкурсе молодых ученых и VIII-ой специализированной выставке «Мир биотехнологии 2010», проходивших в рамках Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (М., 2010).
Работа заняла 3 место, награждена дипломом и медалью в конкурсе молодых ученых на лучшую научно-исследовательскую работу, а также дипломом и медалью VIII-ой Международной специализированной выставки, проводимых в рамках Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (М., 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 печатные работы, в т.ч. 11 статей, из них 7 - в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, получено положительное решение о выдаче патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, включающих обзор литературы, методы исследований, экспериментальную часть (5 глав), выводы, список литературы, содержащий 176 наименований отечественных и 102 зарубежных источника информации, \2 приложений. Работа изложена на/(50 страницах машинописного текста, включает 19 таблиц и 42 рисунка.
