Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор литературы 7
1.1 Механизм цветообразования колбасных изделий и роль химических компонентов рецептуры в стабилизации цвета 7
1.2 Опыт разработки рецептурно-композиционных решений с пониженной долей нитрита натрия 20
1.3 Современные методы анализа цветовых характеристик в оценке качества колбасных изделий 35
ГЛАВА 2 Объекты, материалы и методы исследований 42
2. Характеристика объектов и методов исследований 42
2.2 Схема экспериментальных исследований 43
2.3 Методы исследований 45
2.4 Статистическая обработка результатов эксперимента 55
ГЛАВА 3. Исследование условий коррекции цвета колбасных изделий с использованием красителей . 57
3.1 Исследование цветовых характеристик и содержания пигментов мясного сырья 62
3.2 Определение оптимального цвета колбасных изделий на основе комплексной оценки качества 68
3.3 Изучение влияния белковых добавок на цвет колбасных изделий 68
3.4. Разработка методики расчета отклонений в цвете колбас в зависимости от рецептурных композиций 72
3.5 Выбор красителей для окрашивания белковых систем 78
3.6 Получение и свойства натурального красителя на основе крови убойных животных 81
3.7 Применение красителей для окрашивания белковых гелей 85
3.8 Разработка программы расчета оптимальной концентрации красителей для окрашивания белковых систем 92
ГЛАВА 4. Разработка условий снижения нитрита натрия в колбасных изделиях ... 101
4.1 Влияние массовой доли нитрита натрия на цветообразование в мясных системах 101
4.2 Исследование влияния концентрации нитрита натрия на хранение и свойства колбасных изделий 104
4.3. Исследование влияния органических кислот на стабильность цвета и хранимость колбасных изделий.. 109
4.4 Изучение возможности снижения массовой доли нитрита натрия в ветчинах 119
ГЛАВА 5 Создание продуктов с заданными цветовыми характеристиками 129
5.1 Разработка продуктов из мяса кроликов с пониженной долей нитрита натрия с применением красителей 129
5.2 Исследование токсической и микробиологической
безопасности продуктов 138
Выводы 141
Список использованных источников
- Опыт разработки рецептурно-композиционных решений с пониженной долей нитрита натрия
- Схема экспериментальных исследований
- Изучение влияния белковых добавок на цвет колбасных изделий
- Исследование влияния концентрации нитрита натрия на хранение и свойства колбасных изделий
Введение к работе
Первое, на что обращает внимание потребитель, это внешний вид товара, поэтому цвет в большой степени предопределяет привлекательность и разнообразие мясных продуктов. Интенсивность и устойчивость окраски колбасных изделий - один из важнейших показателей качества и свежести этих продуктов.
Издавна при посоле в производстве мясных изделий используется нитрит натрия, который в значительной степени влияет на формирование их качественных показателей - вкуса, аромата, и особенно цвета. Некоторые исследователи подчёркивают также положительное влияние нитрита на подавление развития микроорганизмов и токсинообразования [15, 89]. Однако роль их еще недостаточно изучена и продолжает оставаться в центре внимания специалистов - технологов, микробиологов, химиков и других, так как с углублением знаний в этом направлении, роль нитритов представляется все более многозначной.
Однако нитрит натрия является канцерогенным веществом в связи со способностью образовывать N-нитрозоамины и способствовать развитию метгемоглобинии у человека. Многообразие желательных и нежелательных свойств нитритов создает ряд весьма сложных проблем, связанных с его применением в технологии мясных продуктов и особенно в связи с современными тенденциями использования пищевых добавок и нетрадиционного сырья [16, 18].
Современный рынок предъявляет жесткие требования к системе контроля качества пищевых продуктов. Особый интерес представляет организация выпуска экологически чистой продукции, не содержащей вредных для здоровья веществ. В связи видится поиск альтернативных путей посола с применением нитрита натрия или максимального снижения его остаточного содержания без снижения качества и биологической ценности продуктов.
Для компенсации отклонений, вызванных снижением нитрита натрия, и улучшения цветовых характеристик мясных продуктов находят примене-
5 ниє различные редуцирующие вещества, органические и неорганические соединения, бактериальные культуры, обладающие способностью стабилизировать цвет при уменьшенных дозах гемовых пигментов [35, 52]. Весьма перспективным направлением является использование цельной крови или ее модификаторов в качестве дополнительного источника гемовых пигментов [33,44].
В связи с актуальностью проблемы формирования традиционного цвета мясопродуктов возникает необходимость разработки методики коррекции цвета колбасных изделий, вызванного пониженным содержанием пигментов в сырье. Это может быть вызвано введением добавок, не содержащих естественных пигментов, или использованием сырья с пониженным их содержанием.
Цель работы состоит в совершенствование способов коррекции цвета колбасных изделий из сырья с пониженным содержанием пигментов на основе объективных методов анализа.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
определение содержания пигментов в мясном сырье в зависимости от вида убойных животных;
расчет оптимальных цветовых характеристик вареных колбас, вырабатываемых отечественной промышленностью, на основе орга-нолептического и инструментального анализа;
разработка методики расчета необходимой концентрации красителей с учетом прогнозируемых отклонений в цвете продукта;
исследование возможности снижения нитрита натрия в колбасных изделиях при использовании сырья с низким содержанием пигментов;
исследование устойчивости окраски белковых добавок с применением красителей;
модификация и промышленная апробация рецептур колбасных изделий с применением пищевых кислот и красителей.
Тема диссертации соответствует плану госбюджетных НИР кафедры технологии мяса и мясных продуктов ВГТА "Теоретические и практические аспекты производства биологически полноценных, лечебно-профилактических и функциональных продуктов питания на основе биотехнологий и рационального использования сельскохозяйственного сырья" (2003-2005 гг., № 01.200.1 16991), НТП Министерства образования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники", подпрограмма "Технологии живых систем" по теме «Разработка методики оценки биологических, химических и физических рисков системы безопасности производства пищевых продуктов» (2003 - 2004 гг. №204.01.02.012).
Опыт разработки рецептурно-композиционных решений с пониженной долей нитрита натрия
С конца 70-х годов возросло беспокойство по поводу отрицательного влияния нитритов на здоровье человека. Было проведено множество исследований по минимизации этого влияния и опубликованы рекомендации по применению нитритов при посоле мясных продуктов [35].
С точки зрения антимикробиального, антиокислительного, вкусообра . зующего и цветостабилизирующего эффекта аналогов нитриту пока не уда щ лось найти. Заменить его можно только путем комбинированного применения различных химических соединений, применение красителей различной природы или других способов. Нитрит выполняет четыре основных функции: цветообразование (требу ется 30-50 мг/кг нитрита), консервирующий эффект (80-150 мг/кг), аромато образующий (20-40 мг/кг) и антиокислительный эффект (20-50 мг/кг). Из приведенных выше данных видно, что можно достаточно легко уменьшить количество вносимого нитрита, если ввести в рецептуру какой-либо консервант. В Институте технологии центра исследований мяса в городе Кульмбахе (Германия) установлено, что при использовании технологий мясных продук тов с пониженной дозой нитрита (например, при изготовлении экологически Щ безопасных продуктов) необходимо учитывать критические параметры: у сырокопченых колбас - консервирующий эффект, у вареных - цветообразование [78].
Консервирующий эффект у сырокопченых колбас, изготовленных с двумя процентами нитритной посолочной смеси (НПС с 0,4-0,5 % нитрита), может быть достигнут только при выполнении следующих трех условий: ис 21 пользовании стартовых культур, внесение 0,03 % аскорбата натрия и поддержание температуры созревания не выше 23 С.
Чтобы у вареных колбас не возникало проблем с цветом при снижении дозы нитрита (1 % НПС с 0,4-0,5 % нитрита) используется вакуумный куттер или технология с применением вакуума и азота. После тепловой обработки вареные колбасы следует хранить при температуре ниже 5 С, чтобы сохранился консервирующий эффект [51, 38].
В Германии (г. Вернбург) изучалась возможность выработки сырых соленых продуктов (сырокопченых колбас и окороков) без применения нит-ритной посолочной смеси. Для этой цели предложено изготавливать продукты, в которых НПС заменена поваренной солью. Для стабилизации цвета были рекомендованы концентрат красного вина и красная свекла. Большое значение придается специям, так как они обладают антиокислительным и антимикробным действием. Однако отмечено, что еще необходимо определить условия применения этих специй и их оптимальные дозировки [88].
При установлении влияния различных специй или экстрактов растений на цвет соленых мясных продуктов в каждом случае необходимо учитывать вид этого продукта и его технологию, а также при этом следует делать различия между окрашивающим действием, например, красного перца или ангкака (красного риса), и стабилизирующим путем прямого влияния их на ингредиенты продукта или на рост определенных штаммов бактерий. На основании исследований, проведенных в данной области, сделан вывод, что сырые соленые мясные продукты можно изготавливать без НПС при строгом соблюдении требований производственной гигиены и высокого гигиенического уровня исходного сырья [38].
Другим примером производства продуктов со сниженным содержанием нитрита натрия являются работы, проведенные учеными из Канады, где разработаны и используются на производственных предприятиях различные посолочные системы [86]. Большинство их предусматривает использование натурального мясного пигмента соленых мясных продуктов, антиокислителя, хелатирующих веществ и компонентов с антимикробным действием с целью обеспечения всех эффектов нитрита натрия. Было установлено, что по цвету и стабильности по отношению к окислительным процессам и аромату мясные продукты, изготовленные по безнитритной системе, были схожи с тра сч диционными с добавлением нитрита. В продуктах, выработанных без приме нения нитрита и подвергнутых последующей тепловой обработке, N-нитрозоамины не были обнаружены.
В посолочной системе без использования нитрита применяли пигмент соленых мясных продуктов, который получали путем реакции между красными кровяными тельцами (например, из крови крупного рогатого скота) и нитрозирующим средством прямым путем или косвенным через промежу точный продукт гемина. По спектрально-фотометрическим показателям этот пигмент идентичен красителю, экстрагированному из соленых мясных продуктов. Если пигмент ввести в мясо, то у продукта после варки будет такой же цвет, что и у соленых изделий. Совпадаемость зависит от количества введенного пигмента и концентрации миоглобина в мясе.
В дальнейшем проводились исследования аромата и устойчивости к окислению соленых мясных продуктов традиционного посола и альтерна тивного без нитрита. Нитрит обеспечивает типичный аромат и вкус соленых мясных продуктов. Его роль в формировании этих свойств - сложная, а химические реакции, происходящие в мясе, еще не достаточно изучены. Однако имеется в виду кумулятивное действие различных химических реакций. Не вызывает сомнения, что действие нитрита основывается на его антиокис W лительных свойствах и стабилизирующем влиянии на микросомные липиды
и гемовые пигменты. Липиды варёных мясных продуктов способствуют образованию типичного запаха, в то время как процесс окисления липидов отрицательно влияет на их вкус и аромат. Наиболее подвержены самоокислению фосфолипиды, в результате которого образуются такие продукты распада, как малональдегид, пента- и гексанал, способствующие развитию вкуса разогретого продукта у непосоленного мяса.
Схема экспериментальных исследований
Физико-химические методы исследований Определение массовой доли жира в модельных фаршах вели в соответ lj ствии с рекомендациями [22] рефрактометрическим методом. Массовую до лю минеральных веществ определяли после сжигания органических веществ в муфельной печи при температуре 500-700 С в течение 5-6 часов до постоянной массы, в соответствии с рекомендациями [6].
Величину рН растворов определяли потенциометрическим методом на уни версальном ионометре рН-150 М [6]. ф Функционально-технологические свойства (влагоудерживающая спо собность) модельных фаршей определяли согласно рекомендациям [28]. Вла-госвязывающую способность (ВСС) оценивали по методу Р. Грау и Р. Хамма [93].
Определение содержания общего количества пигментов При определении общего количества пигмента навеску образца про , дукта (5 г) помещают в стеклянную пробирку, заливают 94 %-ным водным раствором ацетона и гомогенизируют в течении 2 мин. К гомогенату добав ляют 0,5 см3 концентрированной соляной кислоты, пробирку встряхивают, закрывают пробкой и выдерживают в темном месте в течение 2 ч, периоди чески перемешивая смесь. После этого раствор отфильтровывают через бу мажный фильтр в колбу вместимостью 50 см , а осадок промывают 80 %-ным _ солянокислым ацетоном, доводя объем до метки. Оптическую плотность из меряют на спектрофотометре при длине волны 540 нм в отношении солянокислого ацетона [6].
Определение содержания нитрозопигментов Для определения содержания нитрозопигмента 5 г исследуемого про-дукта помещают в стеклянную пробирку, заливают 20 см 94 %-ного водного раствора ацетона и гомогенизируют в приборе с тефлоновым пестиком в течении 2 мин. Содержимое пробирки немедленно фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу вместимостью 50 см3. Пробирку тщательно смывают 80 %-ным водным раствором ацетона и фильтруют через тот же фильтр. Осадок промывают несколько раз 80 %-ным раствором ацетона; им же объем раствора доводят до метки [28].
Растворы нитрозопигментов устойчивы в течении 30 мин после добавления 94 %-ного водного раствора ацетона, поэтому после экстракции их как можно быстрее необходимо измерять. Оптическую плотность растворов измеряют на спектрофотометре при длине волны 540 нм относительно 80 %-ного водного раствора ацетона.
Содержание нитрозопигментов относительно общего количества пигментов вычисляют по формуле: gNO Х = Цх100 Е540 , (2.1) где, Х- содержание нитрозопигментов, %; FNO 540 - оптическая плотность раствора нитрозопигментов; рОП 540 - оптическая плотность раствора, содержащего все пигменты, присутствующие в продукте.
Определение форм миоглобина на основе спектральных характеристик мяса
Вырезанные кусочки мяса помещают в спектрофотометр СФ-18 и снимают показания по проценту отражения монохроматического пучка света. Расчетным путем определяют соотношение пигментов и относительные количества пигментов мяса. Относительные количества метмиоглобина (ХМеімь) и дезоксимиогло-бина (ХМь) определяют по формулам: ХмеШЬ (K/S)572 (K/S)525? (2.2) XMb = (K/S)474 : (K/S)525, (2.3) где, К - коэффициент поглощения; S - коэффициент рассеивания при соответствующих длинах волн. Метод определение остаточного нитрита натрия Взвешивают 20 г подготовленной к анализу пробы с погрешностью не более 0,01 г, помещают в химический стакан, заливают 35-40 см3 дистиллированной воды, нагретой до (55±2) С, и настаивают, периодически перемешивая, в течение 10 мин. Затем вытяжку фильтруют через ватный фильтр в мерную колбу вместимостью 200 см3. Навеску несколько раз промывают и переносят на фильтр, где еще промывают водой, затем раствор охлаждают и доводят водой до метки [23].
Для приготовления вытяжки навеску колбасы массой 20 г заливают 200 см3 предварительно отмеренной и нагретой до (55±2) С дистиллированной воды и настаивают, периодически помешивая, в течение 30 мин. Затем вытяжку фильтруют через ватный фильтр, не перенося, осадка на фильтр.
Затем 20 см3 вытяжки помещают в мерную колбу вместимостью 100 см3, добавляют 10 см3 раствора гидроксида натрия молярной концентрацией 0,1 моль/дм3 и 40 см3 раствора сульфата цинка с массовой долей 0,45 % для осаждения белков. Смесь в колбе нагревают 7 мин на водяной бане при температуре кипения, после чего охлаждают, доводят до метки водой, перемешивают и фильтруют через обеззоленный бумажный фильтр.
Изучение влияния белковых добавок на цвет колбасных изделий
Представляет интерес изучение трансформации нитрита в комбинированных фаршевых системах, представляющие собой сочетание мясных белков с растительными белковыми препаратами, а также изучение влияния доли мышечной ткани в продукте на цвет вареных колбас.
Для выявления диапазона различий в цвете модельных фаршей с заменой мясного сырья гидратированным соевым белковым изолятом (ГСБИ), исследовали зависимость спектров отражения колбасных изделий, полученных при различной доли замены основного сырья ГСБИ. Модельные фарши готовили из говядины высшего сора 50 % (ВС) и свинины полужирной 50 % (ПЖ). Замену проводили пропорционально содержанию свинины и говядины. Нитрит натрия вносили на стадии куттерования в концентрации 7,5 мг%.
Для определения количества пигментов в колбасах необходимо определить количество мышечной ткани в сырье. Для этого по «Технологической инструкции по обвалке и жиловке мяса» определили, что в свинине полужирной содержится мышечной ткани 50-70 % от общей массы, а в говядине высшего сорта - 97 %. Выход колбас составил 109 %. Замену основного сырья производили от 10 % до 50 % ГСБИ. У полученных образцов колбас измеряли спектры отражения и рассчитывали по ним координаты цветности, которые приведены на рис. 3.6, а цветовые характеристики в табл. 3.5. Гра фическое отображение координат цветности в системах CIE L a b и XYZ на рис. 3.7 и 3.8 соответственно.
Как видно из рис. 3.6 различия между спектрами отражения контрольного образца и образца с заменой 50% мясного сырья белковым изоля-том достаточно велики и составляет AR=0,07-v-0,1. Максимальные различия в цветности составляют 10ТКЛ= 0,00828 и ДЕ = 9,93 как показали предыдущие исследования, это максимально допустимое отклонение в цвете. Анализируя данные рис. 3.7 можно сделать вывод, что зависимость изменения цветности носит линейный характер. С увеличение внесения неокрашенного ГСБИ увеличивается светлота продукта, уменьшается величина а , т.е образцы теряют розовую окраску и приобретают более желтое окрашивание, т.к. увеличивается величина Ь . Это можно объяснить «разбавлением» цвета при внесении ГСБИ , имеющего слабое светло-желтое окрашивание. Об уменьшении содержания гемовых пигментов в фарше свидетельствует снижение насыщенности колбас S на 4,9 единиц. Наглядно на рис. 3.9 изображены полные цветовые различия образцов колбас с различным содержанием ГСБИ в сравнении с контрольным образцом
Цветовые координаты модельных фаршей составляют для контрольного X = 0,3466 Y = 0,3115, для фарша с добавкой 50 % ГСБИ X=0,3386Y = 0,31 Таким образом, величина ДХ составляет 0,005, ДУ=0,003, то есть сдвиг цветовых координат, вызванный добавкой 50 % ГСБИ приблизительно равен среднему размеру участка со средней органолептической оценкой.
Следовательно, 50% замена основного сырья ГСБИ может иметь последствием переход колбасы из разряда продуктов с наивысшей оценкой цветности в разряд со средним баллом оценки цветности. Это вызывает необходимость добавки веществ, корректирующих цвет продукта.
В задачу исследования входила разработка методики определения различий в цвете колбас на основании содержания пигментов и рецептурных композиций при стандартных технологических операциях. Определение цветовых характеристик проводили на основании среднего содержания пигментов в мясном и не мясном сырье, входящим в рецептуру.
В говядине и свинине, конине и др. с учетом содержания мышечной ткани в них, а также в зависимости от содержания в мясном сырье жировой ткани, белково-жировых эмульсий, а так же других компонентов (манка, крахмал), с учетом содержания различных видов мяса механической обвалки (птица, говядина, свинина, кролик, перепела). Так как процесс цветообразо-вания сложен и на его протекание влияют многое факторы, то точно определить координаты цветности вырабатываемых видов колбас достаточно сложно. Поэтому по расчетному содержанию пигментов в сырье и с учетом содержания жировой ткани рассчитываем необходимое количество вносимого красителя в белково-жировую эмульсию или в гидратированный соевый или животный белок, а так же при использовании сырья с низким содержанием пигментов в фарше. Содержание пигментов в различных видах сырья в зависимости от рецептуры представлено в табл. 3.6.
Исследование влияния концентрации нитрита натрия на хранение и свойства колбасных изделий
Выбор интегрированной среды разработки приложений C++ Bilder 5.0 фирмы Borland обусловлен возможностью быстрого и удобного создания элементов управления (интерфейса), необходимых для обеспечения работы разработанного алгоритма.
Для расчета оптимальных концентраций красителей пользователюч приходится работать с большим количеством информации, все данные, вводимые пользователем и рассчитываемые в ходе выполнения программы записываются и хранятся в таблицах базы данных Requirement, работа с которой производится с помощью языка запросов SQL.
Программа состоит из двух логических частей. Первая часть предназначена для расчета значения величины отклонения цвета продукта от эталонного (АЕ ), который показывает на сколько оцениваемый продукт удовлетворяет предъявляемым требованиям.
Программа работает следующим образом. Открываем окно «Ввод, начальных данных». Согласно рецептуре вводятся значения массы М, различных компонентов сырья с соответствующим концентрациями миоглоби-на. Далее согласно (3.1) рассчитывается средняя концентрация миоглобина в смеси. Затем рассчитывается цвет исходного продукта в Va b координатах (3.2) и рассчитывается отклонение полученного цвета (3.3) от требуемого (эталонного) образца. Сравнение происходит по показателю АЕ с заданным пороговым значение отклонения АЕпор. Если АЕ меньше порогового значения, то программа завершает свою работу и в окне «Результатов» выводится значение концентрации красителей ХкрЛ = 0.
Если АЕ АЕ„ор, то производится расчет концентрации красителей следующим образом. Автоматически открывается окно «Ввод переменных параметров (концентраций красителей)». По приоритету вводим концентрации первого красителя от mi, до та; (для красителя понсо 4R вводится 10 значений концентраций от 0 мг% до 120 мг%). Далее фиксируется значение концентрации первого красителя и производится расчет цветности красителя в Vab координатах (3.2). После чего Vab координаты исходной смеси и красителя переводятся в RGB координаты (это вызвано тем, что программа считает цвет только в RGB). Рассчитывается цвет полученного продукта с учетом внесения первого красителя с минимальной концентрацией согласно (3.6), далее происходит обратный перевод цвета в L ab координаты. Затем рассчитывается отклонение АЕ и сравнивается с АЕ .
Затем происходит сравнение полученных результатов. Если АЕ АЕпор, то программа завершает работу, а в окне «Результатов» выводится значение концентрации красителей ХкрЛ = хХкр.
Если АЕ АЕпор, то производится дальнейший расчет концентрации І красителей следующим образом: Автоматически открывается окно «Ввод переменных параметров (концентраций красителей)». Для: фиксированного значения концентрации первого красителя вводится десять значений концентраций второго красителя (для красителя кармуазина вводится 10 значений концентраций от 600 мг% до 1200 мг%). Согласно (3.5) рассчитываются 10 значений цветности для каждой координаты. После чего L a b координаты исходной смеси и красителя переводятся в RGB координаты. Рассчитывается цвет полученного продукта с учетом внесения второго красителя? с минимальной концентрацией согласно (3.6), далее происходит обратный перевод цвета в L a b" координаты. Затем рассчитывается отклонение Д, Из десяти выборок выбирается минимальное АЕІ и сравнивается с АЕпор.
Далее опять происходит сравнение полученных результатов. Если АЕ АЕпор, то программа завершает работу, а в окне «Результатов» выводится значение концентрации красителей ХкрЛ =xUp , Хкр1 =хПкр , которая соответствует минимальному отклонению Л, .
Выбор концентраций красителей происходит до тех пор, пока цвет продукта достигнет желаемого результата. В окне «Результатов» выводится значение концентрации красителей ХкрЛ=х1кр, Хк.р2=хі2кр, Хкрг=хі3кр_, ..., XKpn =хіпкп. Листинг программы приведен в приложении 1.
Рассчитанные с помощью программы оптимальные концентрации красителей подтверждаются экспериментальными исследованиями с выработкой колбас. Постановка эксперимента аналогична как с образцами на основе мо 100 дельного колбасного фарша. Координаты цветности полученных колбас приведены в табл. 4.13.
Влияние массовой доли нитрита натрия на цветовые характеристики исследовали в лабораторных условиях. Предварительно готовим модельный , фарш, состоящий из свинины полужирной и говядины высшего сорта в со отношении 1:1 сырья. Измельчаем на волчке с диаметром решетки 2-3 мм, а затем спектральные характеристики исследуемых образцов, которые приведены нарис. 4.1.
При анализе спектрограммы обращает внимание то, что коэффициенты отражения колбас значительно отличаются друг от друга в зависимости от доли внесения нитрита натрия. Следовательно, в образцах колбас, где высо кое содержание пигментов, снижение массовой доли нитрита натрия является лимитирующим фактором при формировании окраски. И лишь при внесении 6 мг% различия в спектральных кривых не существенные. Спектральные характеристики хорошо согласуются с полученными цветовыми характеристиками образцов колбас (табл. 4.1)
