Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Аналитический обзор литературы 8
1.1 Свойства и использование малоценных продуктов и отходов мясоперерабатывающей отрасли 8
1.2 Роль микроорганизмов в пищеварении животных организмов 19
1.3 Опыт и перспективы использования микроорганизмов в создании функциональных продуктов пищевого и кормового значения 31
ГЛАВА II Материалы, объекты и методы исследований
2.1 Характеристика объектов исследования 39
2.2 Условия выполнения и принципиальная схема исследований 53
2.3 Методы исследований 53
2.4 Математическое планирование и статистическая обработка ре
зультатов эксперимента 70
ГЛАВА III Создание и исследование свойств синбио тической композиции для обработки малоценного мясного сырья
3.1 Исследование роста микроорганизмов на низкосортном сырье мясоперерабатывающих производств 73
3.2 Исследование физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов при росте на малоценном сырье мясного происхождения 81
3.3 Исследование свойств микроорганизмов в консорциумах 3.4 Оптимизация продолжительности воздействия консорциума на мясное сырье 99
3.5 Подбор пребиотической составляющей консорциумов для обработки низкосортного и малоценного сырья 102
ГЛАВА IV Микроструктура и функционально технологические свойства вторичного сырья в процессе биомодификации с использованием микробного консорциума 108
4.1 Микроструктурные изменения сырья под действием консорциума микроорганизмов 108
4.2 Исследование физико-химических свойств биомодифицированно го сырья 113
4.3 Обоснование выбора оптимальной дозы консорциума для производства сырокопченых колбас и влажных кормов для собак 119
ГЛАВА V Разработка рецептуры и технологии производства пищевых и кормовых продуктов с применением синбиотических композиций 121
5.1 Разработка технологии производства колбасных изделий с использованием синбиотической композиции и исследование их свойств 121
5.2 Разработка технологии производства кормов для собак с синбиотической основой и исследование их свойств 140
Выводы 152
Список использованной литературы
- Роль микроорганизмов в пищеварении животных организмов
- Условия выполнения и принципиальная схема исследований
- Исследование физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов при росте на малоценном сырье мясного происхождения
- Исследование физико-химических свойств биомодифицированно го сырья
Введение к работе
Актуальность работы.
По своему внутреннему строению слоистые дихалькогениды переходных металлов можно отнести к квазидвумерным материалам, особенности физических свойств которых в значительной степени определяются их кристаллическим строением. Интеркалация атомов или молекул в межслоевое пространство может приводить к кардинальному изменению различных свойств, в частности, кинетических (от изоляторов до сверхпроводников) и магнитных (от парамагнетизма Паули до дальнего антиферромагнитного или ферромагнитного порядка). Интеркалация оказывает существенное влияние на фазовые переходы в состояния с волной зарядовой плотности и образование сверхструктур. Нахождение корреляций и понимание взаимосвязи между структурными изменениями и поведением физических свойств соединений при интеркалации расширяет возможности для целенаправленного синтеза материалов с заданным сочетанием характеристик, что является актуальной задачей в физике конденсированного состояния и физическом материаловедении. Несмотря на многочисленность работ, посвященных изучению интеркалированных соединений на основе дихалькогенидов титана, в литературе отсутствуют систематические данные об изменениях кристаллической структуры и эволюции физических свойств таких соединений при интеркалации.
Цели и задачи работы.
Целью настоящей работы являлось установление роли интеркалированных атомов 3d металлов разного сорта в изменениях кристаллической структуры и физических свойств диселенидов и дителлуридов титана, выявление особенностей фазовых превращений в интеркалированных соединениях типа MxTiX2 (Х- Se, Те) в широком интервале концентраций М атомов.
Для этого решались конкретные задачи:
Синтез интеркалированных диселенидов и дителлуридов титана MxTiX2 (Х- Se, Те; М- V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, 0 < х < 0.70).
Детальное исследование кристаллической структуры всех синтезированных соединений MxTiX2 и определение границ интеркалации в зависимости от сорта интеркалированных М атомов, а также от типа соединения - матрицы ТХ2 (Х- S, Se,Te).
Выявление закономерностей в изменениях длин связей и деформации решётки, вызванных интеркалацией 3d-металлов разного сорта в различные матрицы Т\Х2 (Х- S, Se, Те).
Изучение влияния условий термообработки на кристаллическую структуру и свойства интеркалированных соединений.
Исследование кристаллической структуры и характера упорядочения магнитных моментов интеркалированных атомов Fe в соединении Fe0.5TiSe2.
Исследование структурных фазовых переходов в высокоинтеркалированных соединениях типа MxTiX2.
Исследования по теме диссертации выполнены при поддержке грантов РФФИ № 05-03-32772 и № 09-02-00441-а, Программ Минобрнауки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» (РНП.2.1.1.6945 и РНП.2.1.1.1682), гранта Швейцарского Национального Научного Фонда (ІВ7420-110849).
Научная новизна.
Определены концентрационные зависимости параметров
кристаллической структуры интеркалированных соединений типа МхТіХ2 и установлены области концентраций внедренных М атомов, при которых наблюдаются упорядочения М атомов и вакансий. Впервые построена диаграмма существования однофазных интеркалированных соединений МхТіХ2 (М- 3d- металл, Х- S, Se, Те). Установлено наличие корреляций между изменением при интеркалации среднего межслоевого расстояния в кристаллической структуре соединений MxTiSe2 и МДТГе2 и радиусом иона внедренного 3d металла.
На примере соединений CrxTiSe2, FexTiSe2 и MnxTiSe2 показано влияние условий термообработки на характер упорядочения интеркалированных атомов и фазовый состав соединений.
Впервые показано, что соединение Feo.5TiSe2 обладает наклонной антиферромагнитной структурой ниже температуры Нееля TN= 135 К.
Впервые получены экспериментальные данные, которые подтверждают высказанное ранее предположение о существовании в соединении Ni0.5TiSe2 структурного фазового перехода типа порядок - беспорядок в системе интеркалированных атомов Ni.
В высокоинтеркалированных соединениях CrxTiSe2 (х = 0.25, 0.50) и Mno.33TiSe2, а также в Cr025TiEe2 обнаружены структурные искажения или структурные фазовые переходы в тех же температурных интервалах, при которых наблюдаются аномалии физических свойств. Такое поведение
связывается с возобновлением перехода в состояние с волной зарядовой плотности.
Научная и практическая значимость.
Установленные в работе закономерности изменения параметров кристаллической структуры диселенида титана при интеркалации атомов 3d металлов разного сорта могут быть использованы при построении теоретических моделей кристаллической и электронной структуры. Показана важная роль условий термообработок на степень упорядочения внедренных атомов и вакансий, что должно учитываться при получении образцов и анализе результатов.
Построенная в работе диаграмма растворимости 3d- металлов в TiX2
при температуре синтеза Т = 800 С может быть использована при
проведении синтеза соединений и выращивания монокристаллов.
Полученные в работе данные, свидетельствующие о возможности
возвращения переходов в состояние с волной зарядовой плотности (ВЗП)
в соединениях типа МхТіХ2 при больших концентрациях
интеркалированных атомов, указывают на необходимость уточнения и
разработки новых теоретических моделей для объяснения механизмов
формирования ВЗП в дихалькогенидах переходных металлов.
Достоверность результатов проведенных исследований обеспечивается
использованием аттестованных образцов, применением стандартных
методик измерений, а также согласием полученных структурных
характеристик соединений с данными, имеющимися в литературе. Расчет
кристаллических и магнитных структур по рентгенографическим и
нейтронографическим данным проводился с использованием
апробированных программных пакетов FullProf и GSAS. Результаты
обсуждались с привлечением ведущих российских и европейских
специалистов в области рентгеноструктурного и нейтронографического
анализа и были представлены на различных российских и
международных конференциях.
Личный вклад соискателя.
Автором выполнен синтез и аттестация поликристаллических образцов MxTiX2 (М- V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni; Х- Se, Те) в диапазоне концентраций 0 < х < 0.70, на части образцов выполнены дополнительные термообработки. Проведены нейтронографические исследования в Институте Ганна-Мейтнер (г. Берлин), Институте Пауля Шеррера (г. Виллиген, Швейцария). Методом полнопрофильного анализа дифракционных данных произведён расчет кристаллографических параметров. Выполнены рентгенографические низко/высокотемпературные исследования, проведены измерения
кинетических свойств. Соискатель принимал непосредственное участие в постановке задач исследования, планировании экспериментов, а также в обсуждении результатов, написании статей и тезисов докладов.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы были доложены на семинарах и международных симпозиумах, в том числе: на Euro-Asian Symposium "Trends in Magnetism" EASTMAG-2004 -Krasnoyarsk. - 2004, Молодежном семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества - Екатеринбург. - 2004, на V Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования наноматериалов и наносистем - Москва. - 2005, на IX, XI Международных Симпозиумах "Фазовые превращения в твёрдых растворах и сплавах" ОМА -Сочи. - 2006, 2008; на 9 Международном Симпозиуме "Упорядочение в металлах и сплавах" - Ростов на Дону- Лоо. - 2006, на международной конференции «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» - Махачкала. - 2007, на Международном Симпозиуме «Среды со структурным и магнитным упорядочением» (Multiferroiks-2007) - Ростов-на Дону, п.Лоо. - 2007, XXI Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах» (НМММ-XXI) - Москва. - 2009, на П-м Международном, междисциплинарном симпозиуме «Среды со структурным и магнитным упорядочением» (Multiferroics-2) - Ростов на Дону - Лоо. - 2009, 7-м семинаре СО РАН-УрО РАН «Термодинамика и материаловедение»-Новосибирск.-2010, на III Всероссийской молодёжной научной конференции «Минералы: строение, свойства, методы исследования» - Миасс. - 2011.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 работ, в том числе 10 статей в ведущих научных журналах. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 188 страниц, включая 107 рисунков, 20 таблиц.
Роль микроорганизмов в пищеварении животных организмов
Следует отметить, что решение этой задачи в первую очередь связано со знанием функционально-технологических свойств субпродуктов II категории и вторичного белоксодержащего сырья, а также с обоснованным выбором способа их предварительной обработки.
Ряд исследователей [68, 73, 124] предлагает использовать субпродукты и животные ткани с высоким содержанием коллагена в виде белковых стабилизаторов и гидролизатов, получаемых на их основе и предназначенных для введения в традиционные мясопродукты. Имеются предложения по получению из вторичного сырья многокомпонентных эмульсий, суспензий, паст и структурированных (в присутствии фракций крови и белковых препаратов) систем, способных обеспечить направленное регулирование состава и свойств вырабатываемых мясопродуктов [4, 7, 8, 124, 136]. В отечественной промышленности имеется тенденция к выработке из части вторичного сырья специфических типов полуфабрикатов.
Анализ ассортимента изделий, вырабатываемых на основе или с частичным использованием субпродуктов, свидетельствует о широких потенциальных возможностях данного вида сырья, однако требуется их предварительная обработка для повышения функционально-технологических свойств.
Субпродукты II категории используются в качестве наполнителей, прямых добавок, либо сырьё (после обработки) при производстве вареных, полукопченых колбас, сарделек, мясных хлебов и рубленых полуфабрикатов комбинированного состава. Одним из наиболее распространенных технико-технологических решений является применение вторичного сырья при изготовлении ливерных колбас, паштетов, студней, холодца, зельцев, кровяных колбас, стерилизованных консервов.
Для утилизации отходов мясокомбинатов эффективно и применение биотехнологических методов. Во Всероссийском НИИМП имени В.М. Горбатова разработаны биотехнологические способы переработки преджелудков крупного рогатого скота с получением кормового обогатителя, сухого растительно-животного, бел-ково-растительного, белково-углеводного кормов (БУК). Наиболее интересным является использование термообработки и щелочного гидролиза каныги при температуре 83-85С и последующем сбраживании получаемой субстанции молочнокислыми бактериями. В результате образуется биомасса, содержащая высокоусвояемый белок. В нем содержится на 18,5% больше протеина, на 41 % больше безазотистых экстрактивных веществ и на 28 % меньше клетчатки, чем в предложенном ранее белково-углеводном корме [134].
В С.-Петербургском университете низкотемпературных технологий предложена уникальная технология, согласно которой все отходы производства, включая кости, по сложной ступенчатой схеме, полностью растворяют в химических веществах. Полученную массу высушивают при 200 С, при этом образуется протеин в виде белого порошка. Дальнейшее его использование возможно в колбасном производстве, в качестве компонента сухих супов или соусов. Оборудование (кроме сушилок) в этом запатентованном способе - серийное, что, несомненно, является преимуществом при его внедрении в производство.
Создана технология получения топленого жира и его фракций из отходов куриного жира с применением новой разработанной установки. А также показана возможность использования отходов птицефабрик (птичьего помета) для культивирования продуцентов микробного белка - кормовых дрожжей. Содержание сырого протеина в готовом продукте - 35-40% [24].
Необходимо отметить, что в мясной промышленности жиромасса широко используется в цехе технических фабрикатов для выработки технических продуктов.
Известен метод, разработанный во ВНИИМПе, основанный на утилизации флотоконцентрата, полученного при безреагентной флотации жиро-массы. При переработке свежесобранного флотоконцентрата, используя дан ный метод, получают кормовой жир 2-го сорта. В случае переработки флото-концентрата через 10-12 ч после сбора — технический жир 3-го сорта. Из твердого остатка вырабатывают корма, при этом используется гидроциклон-флотатор или вихревой декантатор.
Флотоконцентрат используется как сырье для производства кормовых продуктов: животного жира и кормовой или мясокостной муки. Флотоконцентрат подлежит немедленной переработке, что позволяет сохранить свежесть белково-жировых веществ. С помощью флотатора из производственных жиросодержащих вод можно извлечь 80% жира и 75% взвешенных веществ. Выработанный из флотоконцентратора жир - соответствует 2-му сорту, высушенная мясная шквара по содержанию жира - мясокостной муке. Мясная шквара может быть включена в количестве 20 % в мясную муку, используемую в рационах сельскохозяйственных животных (Щербак Б.В., 1981).
Биотехнологический способ на основе ферментативной обработки был применен при использовании малоценных продуктов переработки птицы, в результате чего были получены белковые компоненты. В зависимости от способов ферментации, очистки и концентрирования этих полупродуктов производят белковые добавки пищевого, кормового, лечебного и косметического назначения. Они обладают биологической полноценностью, высокой скоростью растворимости и всасывания, повышенным содержанием белка [2, 72, 125].
Компанией Ansta Pro International (США) разработана технология переработки отходов - цельных тушек павших и выбракованных животных и птицы, голов, костей, субпродуктов, крови и т.д. — методом сухой экструзии [68].
Основное условие метода — влажность обрабатываемого сырья не должна превышать 40%. В качестве наполнителя используют бобовые культуры, жмых, соевые и рапсовые шроты, злаковые культуры, отруби. Продукт представляет собой стерилизованный и стабилизированный корм. В послед нее время все более широкое применение находят методы микробно-ферментной конверсии отходов, образующихся после очистки сточных вод. Такая технология с использованием биопрепарата «Микрозим Вейст Трит» предложена ООО «РСЭ-трейдинг». Этот препарат содержит высококонцентрированный комплекс натуральных ферментов пищевого класса и специально подобранных микроорганизмов.
Рядом авторов описаны положительные свойства влияния молочнокислых бактерий и других микроорганизмов-пробиотиков на свойства низкосортного мясного сырья и отходы мясоперерабатывающих предприятий [43, 58,75,91,94,97,113, 139].
Созданы пребиотики «Бифидобактер» (с использованием белков мясных бульонов), способствующие нормализации микробиоценоза кишечника, и на его основе препараты «Бактерия», «Энтеробиофидин», «Бифилак» и ДР- [94].
Белорусские ученые подсчитали энергетический потенциал биомассы отходов, подвергаемых анаэробному сбраживанию (при получении биогаза), для мясной промышленности своей республики. При этом наряду с биогазом этот способ дает возможность получать экологически безопасные удобрения [123].
В ВГТА на кафедре пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья рядом авторов предложены технологии обработки низкосортного сырья и последующего его использования на пищевые цели [20, 43, 45,55, 117].
Условия выполнения и принципиальная схема исследований
Отбор проб для микробиологического исследования. Отбор проб для бактериологического исследования производили согласно ГОСТ Р 51447-99 (ИСО 3100-1-91) «Мясо и мясные продукты. Методы отбора проб». Объем и массу пробы определяют в соответствии с нормативно-технической документацией продукта (ГОСТ Р 52196-2003)[6].
Взвесь хорошо перемешивали и взбалтывали, оставляли при комнатной температуре на 3-5 мин. Затем исследовали надосадочную жидкость. При необходимости готовили последующие разведения, причем каждый раз использовалась новая пипетка. В продукты разводили в пептонно-солевом или физиологическом растворе (изотоническом растворе хлорида натрия).
Количественное определение бифидо- и молочнокислых микроорганизмов вели согласно ГОСТ 10444.11 - 89 «Продукты пищевые. Методы определения молочнокислых микроорганизмов» [40].
Определение количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов. Количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) определяли по ГОСТ 10444.15-94 «Продукты пищевые. Методы определения количества мезофильных и факультативно-анаэробных микроорганизмов» [41]. Метод основан на подсчете выросших на питательных средах при термостатировании посевов при температуре 37 С в течение 72 ч колоний, видимых при двукратном увеличении. Количество микроорганизмов в1г(1см,1см) рассчитывали по формуле: АХВ К С , (2.13) где: К - количества микроорганизмов в 1 г или 1 см или на 1 см , КОЕ; А - среднее арифметическое число колоний в чашке; В - разведение; С - масса (г), объем (см ), поверхность (см"). Определение бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий). Бактерии группы кишечных палочек (БГКП) имеют большое санитарно-гигиеническое значение. В этой группе определялись пять родов энте-робактерий: Escherichia, Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella, Seratia. Особое место в этой группе занимают бактерии, которые являются показателем свежего фекального загрязнения, типичный представитель — Е. coli.
Определение бактерий группы кишечных палочек проводили согласно ГОСТ 30518-97 «Продукты пищевые. Методы выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий)».
Для определения БГКП 1 см3 исходного разведения продукта засеивали в пробирки с 9 см среды Кесслера и инкубировали при температуре 37 С; засеивали такое количество продукта, в котором государственным стандартом нормируется отсутствие бактерий группы кишечных палочек. Через 24 — 48 ч из пробирок, в которых наблюдается интенсивный рост микроорганизмов, проявляющийся в помутнении среды, образовании газа, подкислении среды (т. е. изменение цвета среды), проводили посев на плотную дифференциально-диагностическую среду Эндо с молоком и инкубировали при температуре 37 С в течение 24 ч.
Определение бактерий вида Е. coli проводили согласно ГОСТ 30726-2001 «Методы выявления и определения количества бактерий вида Escherichia coli».
Для подтверждения принадлежности выросших колонии к Е. coli отбирали по три колонии каждого типа. Из отобранных колоний готовили мазки, окрашивали их по Граму (ГОСТ Р 51446-99 (ИСО 7218-96). Микробиология. Продукты пищевые. Общие правила микробиологических исследований).
Параллельно проверяли бактерии из каждой отобранной колонии на отсутствии оксидазы (ГОСТ Р 51446-99 (ИСО 7218-96). Микробиология Продукты пищевые. Общие правила микробиологических исследований). Результаты определения количества Е. coli и выявления их в определенной навеске продукта оформляли в соответствии с ГОСТ 26670-91.
Определение бактерий рода Salmonella. Метод основан на способности бактерий рода сальмонелл образовывать на дифференциально-диагностических средах специфические колонии и давать реакцию агглютинации с сальмонеллезными сыворотками.
Определение бактерии рода Salmonella проводят согласно ГОСТ 30519-97 «Продукты пищевые. Метод выявления бактерий рода Salmonella».
Определение бактерий рода сульфитредуцирующих клостридий. Из выбранных разведений исследуемых образцов продуктов брали по 1 мл и засеивали в пробирки с 9 мл расплавленной и охлажденной до 45 С средой Вильсона — Блера, тщательно перемешивали. Посевы инкубировали 18 — 20 ч при 37 С. Появление в среде черных колоний указывает на присутствие сульфитвосстанавливающих клостридий. Из подозрительных колоний готовили препараты, окрашивали по Граму. Наличие каталазы проверяли с по-мощью раствора перекиси водорода (30 г/дм ) и делали вывод о возможном наличии сульфитвосстанавливающих клостридий в исследуемом образце.
Определение наличия плесеней и дрожжей. Выбранные для посева разведения вносили по 1 мл (каждого разведения) в стерильные чашки Петри, заливали 10-15 мл расплавленного и осужденного до 40...50 С МПА, который тщательно, круговыми движениями перемешивали. Посевы выращивали в течение суток при 37 С, после чего подсчитывали число выросших колоний и определяли общее количество бактерий в 1 г продукта.
Антагонистические свойства микроорганизмов. Активированные штаммы микроорганизмов высевали бактериальной петлей на плотную (ага-ризованную) среду методом перпендикулярных штрихов (рис 2.9), культивирование проводили в течение 24 ч при температуре 37 С [84]. По истечении времени исследовали область соприкосновения штаммов между собой. Наличие зоны задержки роста свидетельствует об антагонизме культур.
Исследование физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов при росте на малоценном сырье мясного происхождения
Стремительное увеличение числа домашних животных в России, приводит к проблеме обеспечения питомцев полноценным кормом. Предпочтения заводчиков в последнее время все чаще устремляются к кормам промышленного производства, т. к. они обеспечивают собакам полноценное питание, удобны для хранения, требуют мало времени на приготовление пищи.
В России индустрия производства полноценных кормов для домашних животных, по данным анализа зарубежного опыта, научно-технической и патентной литературы, является весьма перспективным направлением в области углубленной переработки сырья [45, 55, 107, 108, 109, 110, 131, 154].
При современном состоянии развития мясоперерабатывающей промышленности и нехватке биологически полноценного и безопасного сырья остро возникает вопрос о рациональном и максимально полном использовании вторичных продуктов переработки мяса, убоя скота и отходов мясоперерабатывающих предприятий на кормовые цели. Наряду с этим во всех странах имеются и постоянно накапливаются большие запасы отходов пищевой промышленности, сельского хозяйства и животноводства, которые после соответствующей обработки могут приобретать кормовые свойства. Например, вторичные ресурсы в пищевой промышленности составляют 60-80 % от объема перерабатываемого сырья.
Кроме получения ценных кормов биологического происхождения, переработка вторичного сырья имеет и экологический аспект, поскольку снижается антропогенная нагрузка на окружающую среду благодаря уменьшению массы отходов, не подвергаемых рециклингу. Для любого государства эффективное использование вторичных ресурсов является одним из условий экологически безопасного развития экономики.
Модельный фарш готовили из охлажденного малоценного сырья: рубца, легкого, калтыка, губ, жилок и зачисток говяжьих, взятых в равных количествах и измельченных на волчке d=2-3 мм, в который вносили активированные монокультуры микроорганизмов, в количестве 1 л на 100 кг фарша, перемешивали и оставляли при температуре 3±1 С.
На первом этапе работы проводились исследования по способности микроорганизмов к активному развитию на модельном фарше (рис. 3.6).
Сравнительный рост микроорганизмов на фарше из низкосортного сырья, 106КОЕ/г На рисунке 3.6 видно, что у бифидо- и лактобактерий наблюдается примерно одинаковый рост. Наибольший рост на исследуемой среде наблюдается у культур Bacillus subtilis и Staphylococcus camosus. Причем пик роста всех микроорганизмов приходится на первые сутки обработки, начиная с 12-го часа, затем наблюдается снижение активности развития и гибель клеток, вероятно, вследствие накопления в фарше продуктов обмена микроорганизмов кислого характера, прежде всего молочной кислоты.
Исследование рН модельного фарша показало (рис. 3.7), что рост культур Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum и Bifidobacterium lactis сопровождался существенным снижением рН исходной среды (на 32, 35, 31 и 30% соответственно), что способно отрицательно влиять на качество и, как следствие, на поедаемость готового корма, в то время как культура Staphylococcus camosus практически не изменяла рН, т.к. в процессе роста и развития она не образует кислот. Также можно отметить, что обработка сырья микроорганизмами с 12 по 15 часов создает значение рН равное 5,2-5,6 - наиболее оптимальным для набухания и гидролиза белков мяса и активизации клеточных ферментов.
Изменение рН среды при культивировании микроорганизмов на модельном фарше из малоценного сырья, % Снижение рН связано с образованием в процессе жизнедеятельности микроорганизмов молочной кислоты. Механизм действия которой, заключается в ослаблении водородных связей, удерживающих клетки между собой, в результате поверхностные слои становятся более рыхлыми, повышается степень гидратации.
Молочную кислоту применяют в производстве мяса и мясопродуктов благодаря высоким диффузионным свойствам, антимикробному действию, способности пластифицировать белки, ускорять созревание мяса, разрыхлять коллагеновые пучки, регулировать рН и вкус.
О глубине процесса гидролиза сырья выбранными микроорганизмами судили по накоплению водорастворимого белка (рис. 3.9).
На рисунке 3.9 видно, что в процессе обработки сырья микроорганизмами происходит расщепление белков соединительной ткани, накапливаются свободные аминокислоты и полипептиды, о чем свидетельствует увеличение массовой доли водорастворимых белков.
Наибольшее увеличение водорастворимых белков в модельных фаршах в течение 12 ч ферментации наблюдается у ряда культур: Bacillus subtilis - на 27 %, Streptococcus lactis - на 23%, Lactobacillus plantarum, Staphylococcus carnosus, Lactobacillus casei - на 20 %, у микроорганизмов рода Bifidobacterium всего до 15 %.
Комплексные исследования по изменению рН модельных фаршей, динамике накопления водорастворимого белка и роста микроорганизмов на малоценном мясном сырье показали, что бифидо- и некоторые молочнокислые бактерии менее пригодны для ферментации малоценного сырья мясной промышленности в производстве кормов для собак, вследствие значительного снижения рН мясного фарша (Lactobacillus), т.к. рост культур сопряжен с образованием молочной и некоторых других кислот, и слабого расщепления белков соединительной ткани (Bifidobacterium), вследствие слабо выраженного сродства к мясному субстрату. Таким образом, оптимально подходящими микроорганизмами, для биомодификации предлагаемого малоценного сырья являются: Bacillus subtilis, Streptococcus lactis и Staphylococcus carnosus.
Следующим этапом исследований было изучение способности выбранных культур к совместному росту и размножению (рис 3.10).
Активированные штаммы высевали бактериальной петлей на плотную среду Бликфельдта перпендикулярно друг другу. Культивирование проводили в течение 24 ч при температуре 37 С.
Рост штаммов: 1-Bacillus subtilis, 2- Streptococcus lactis, 3-Staphilococcus carnosus. На рисунке ЗЛО видно, что при одновременном культивировании исследуемых штаммов друг с другом негативного влияния на их морфологию и рост обнаружено не было. В области соприкосновения штаммов между собой наблюдается однородный и равномерный сильный рост.
Таким образом, выбранные микроорганизмы пригодны для создания консорциума, так как обладают совместимостью.
Необходимо отметить, что при составлении микробной композиции необходимо точно знать количественное соотношение культур, так как в по-лиштаммовых консорциумах микроорганизмов в различных соотношениях могут проявляться свойства антагонизма или симбиоза в зависимости от доли их участия в большей или меньшей степени.
Исследование физико-химических свойств биомодифицированно го сырья
Мясное сырье многокомпонентно, вариабельно по составу и свойствам, а биомодификация его белков приводит к значительным изменениям качества готовой продукции. В связи с этим особенно важное значение приобретает информация о функционально-технологических свойствах различных видов основного сырья и его компонентов, влиянии вспомогательных материалов и внешних факторов на характер их изменения, так как они формируют внешний вид, вкус, цвет, консистенцию, готового продукта.
Под функционально-технологическими свойствами (ФТС) мясного сырья понимают совокупность показателей, характеризующих уровни эмульгирующей, водосвязывающей, жиро-, водопоглощающей и гелеобразующей способностей, структурно-механические свойства (липкость, вязкость, пластичность и т.д.), сенсорные характеристики (цвет, вкус, запах), величину выхода и потерь при термообработке различных видов сырья и мясных систем. Перечисленные показатели имеют приоритетное значение при определении степени приемлемости мяса для производства пищевых продуктов [22].
С целью обоснования применения микроорганизмов в производстве мясных продуктов необходимо изучение их влияния на функционально-технологические свойства (влагосвязывающая, влагоудерживающая способности) и структурно-механические свойства (липкость) мясного сырья.
Влагосвязывающая способность (ВСС) характеризует способность мясного сырья поглощать и удерживать воду в процессе посола и массирования. Влагоудерживающая способность (ВУС) сырья является наиболее важным показателем для мясных продуктов, подвергающихся термической обработке. Этот показатель демонстрирует способность сырья удерживать влагу в процессе нагрева, что в первую очередь обеспечивает выход готового продукта.
Экспериментальные исследования проводились на фаршах из говядины 2 сорта (пашины, лопатки, мясной обрези, взятых в равных количествах) и малоценного сырья (рубца, легкого, путового сустава, губ, жилок и зачисток говяжьих, взятых в равных количествах), подвергнутых обработке соответствующим синбиотическим консорциумом.
При определении функционально-технологических свойств синбиоти-ческую композицию, предварительно активированную в течение 12 часов при температуре 37 С в стерилизованном обезжиренном молоке, вносили вместе с солью в подготовленный фарш, пробы выдерживали в течение 13 часов при температуре 3±1 С и отбирали для анализа. Контрольные образцы готовились из аналогичных фаршей с добавлением соли и выдержкой в течение 13 часов при температуре 3±1 С.
Графическая интерпретация изменений влагосвязывающей способности модельных фаршей при посоле с добавлением синбиотических основ показана на рисунке 4.5, на котором видно, что опытный образец фарша из говядины 2 сорта с добавлением синбиотика по показателям влагосвязывающей способности превосходит контрольный образец (без синбиотика) на 6,9 % и составляет 80,1 % против 73,2 % в контроле. Аналогичная картина наблюдается и у модельных фаршей из малоценного сырья. В образцах с синбиотиком (опыт) влагосвязывающая способность при 13 часовой выдержке составляла 70,4%, что на 4,4 % больше по сравнению с контрольным образцом, показатель ВСС которого составлял 66 %.
Известно, что в процессе посола создаются оптимальные условия для перевода в растворимое состояние солерастворимых белков в непрерывной фазе (дисперсионной среде). Обработка синбиотическими основами на начальных стадиях гидролиза также способствует возрастанию количества связанной влаги в фарше.
Таким образом, увеличение ВСС в опытных образцах связано с интенсивным воздействием ферментных систем микробных клеток на соединительнотканные белки измельченного мясного сырья. па фарш из говядины 2 сорта контроль ш фарш из говядины 2 сорта опыт D фарш из малоценного сырья контроль а фарш из малоценного сырья опыт
Влагоудерживающая способность определяет качество и выход готовых продуктов. Исследования показали, что при обработке фаршей синбио-тической композицией в течение 13 часов, ВУС увеличивается по сравнению с традиционным посолом (рис. 4.6). Так, ВУС фарша из говядины 2 сорта после микробной модификации, по сравнению с контролем (посол, без модификации) увеличилась на 7,5 %, а фарша из малоценного сырья - на 6 %.
Жироудерживающая способность фарша из говядины II сорта при внесении в него синбиотического консорциума и выдержке 13 часов - минимально-достаточного времени биомодификации сырья, повысилась на 3,2 % по сравнению с посоленным мясом. ЖУС фарша из малоценного сырья био-модифицированного синбиотиком также увеличилась на 1,8 %, по сравнению с контрольным образцом.
Особое место среди структурно-механических свойств занимают такие поверхностные свойства как липкость (адгезия). Они характеризуют усилие взаимодействия между поверхностями конструкционного материала и продуктом при нормальном отрыве или сдвиге. При этом для большинства мясных продуктов липкость (адгезия) обусловливает величину усилия внешнего трения.
Липкость - это физическое явление, возникающее при соприкосновении тел. Обнаруживается она при разделении этих тел как усилие, противодействующее разделению (отрыву). Исследование липкости как характерній стического свойства сырья и продуктов в технологии мяса имеет большое значение. Определение липкости заключается в измерении усилия, необходимого для отрыва от испытуемой поверхности соответственно подобранной пластины. Мерой липкости является величина усилия, приходящаяся на единицу поверхности контакта. Липкость связана с другими явлениями и свойствами продуктов: адгезией, когезией, вязкостью и поверхностным трением. Адгезия проявляется в виде усилия, действующего на границе двух соприкасающихся фаз, и зависит от величины притяжения, действующего между частицами обеих фаз.
Исследования показали, что введение в фарши синбиотических консорциумов повышает их липкость (рис. 4.8). Повышение липкости фаршевых систем связано с активацией клеточных ферментов, вследствие накопления молочной кислоты в процессе роста микробных клеток.
Таким образом, результаты экспериментальных исследований показали, что внесение в фарши синбиотических основ достоверно повышает такие функциональные характеристики как ВСС, ВУС, ЖУС и липкость по сравнению с контрольными образцами, что обеспечивает высокие технологические показатели готовых продуктов.
