Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 7
1.1 Краткие сведения о технологии сырокопченых колбас с позиции теории «барьеров» 7
1.1.1 Санитарно-микробиологические показатели исходного сырья и фарша 9
1.1.2 Поваренная соль и нитрит натрия 15
1.1.3 Окислительно-восстановительный потенциал 20
1.1.4 Конкурирующая микрофлора и стартовые культуры ... 25
1.1.5 Величина рН 36
1.1.6 Активность воды 43
1.2 Заключение и выводы по литературному обзору 50 ~.
Глава 2. Организация экспериментальных исследований 52
2.1. Объекты исследования 52
2.2. Организация эксперимента 52
2.3. Методы исследований 57 1-
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 58
3.1. Исследование комплекса характеристик мясного сырья для производства сырокопченых колбас 58
3.2. Изучение влияния общего содержания микроорганизмов в исходном мясном сырье на снижение рН в процессе ферментации и качество готовой продукции 64
3.3. Изменение величины рН и остаточного количества нитрита натрия в зависимости от исходного значения рН фарша 70
3.4. Определение технологических приемов, позволяющих стабилизировать качество сырокопченых колбас, изготавливаемых из размороженного сырья 73
3.4.1. Изучение влияния повышенного уровня введения нитрита натрия на процесс ферментации и качество сырокопченых колбас 73
3.4.2. Изучение влияния антиокислителей на динамику снижения рН при ферментации 81
3.4.3. Изучение возможности снижения активности воды в исходном фарше 83
3.5. Изучение зависимости значения активности воды от физико-химических показателей фарша и возможности ее определения расчетным методом 86
Выводы 92
Список литературы
- Санитарно-микробиологические показатели исходного сырья и фарша
- Конкурирующая микрофлора и стартовые культуры
- Изучение влияния общего содержания микроорганизмов в исходном мясном сырье на снижение рН в процессе ферментации и качество готовой продукции
- Изучение влияния повышенного уровня введения нитрита натрия на процесс ферментации и качество сырокопченых колбас
Введение к работе
С развитием рыночных отношений все большее внимание уделяется увеличению объемов производства высококачественной деликатесной мясной продукции. Так, объемы производства сырокопченых колбас выросли с 1,8% (1990 г.) до 5% (2004 г.) и по прогнозам должны достигнуть в 2010 г. 7,5% (около 225 тыс тонн) от всего объема производства колбасных изделий.
Вместе с тем, производство сырокопченых колбас остается наиболее сложным технологическим процессом изготовления мясной продукции и требует высокого профессионального умения, большого опыта и глубоких научных знаний. Как известно, брак сырокопченых колбас приводит ежегодно к значительным потерям и дополнительным затратам на многих мясоперерабатывающих предприятиях.
Совершенствованию технологии сырокопченых колбас были посвящены труды многих российских и зарубежных ученых - Рогова И.А., Хорольского В.В., Алексахиной В.А., Слепых Г.М., Косого В.Д., Жаринова А.И., Крыловой В.В.,; Лавровой Л.П., Костенко Ю.Г., Михайловой М.М., Лихоносовой Н.Д., Вагина В.В., Беловой ВіЮ., Анисимовой И.Г., Коршуновой Т.Н., Leistner L., Mueller A., Hammes W.R., Niederauer Th. и др., которые заложили научные основы формирования*;' качества и безопасности этой продукции при подготовке сырья, приготовлении фарша, ферментации, копчении, сушке, использовании стартовых культур и других рецептурных ингредиентов.
Традиционно технология сырокопченых колбас предусматривала использование для их изготовления охлажденного мясного сырья высокого качества. В связи с сокращением поголовья скота и дефицитом, главным образом, охлажденной говядины с 90-х гг. прошлого века многие мясоперерабатывающие предприятия, выпускающие сырокопченые колбасы, перешли на использование размороженного мясного сырья, в том числе имеющего значительные отклонения в качестве. В свою очередь это привело к нестабильности качества выпускаемой продукции и производственным потерям, связанным с появлением технологического брака.
Одним из путей решения проблемы сокращения брака и стабилизации качества сырокопченых колбас является применение принципов «барьерной» технологии, основанной на глубоком понимании взаимосвязи всех факторов, определяющих качество готовой продукции.
Теория «барьеров», обеспечивающих безопасность и качество пищевых продуктов, была предложена в конце XX века немецким ученым Л.Ляйстнером.
Л.Ляйстнер в своих публикациях [1, 31] неоднократно подчеркивал, что наиболее широкое практическое применение теория «барьеров» может получить лишь на основе исследований по установлению их количественных значений при производстве конкретных видов продукции.
Учитывая возрастающие объемы производства сырокопченых колбас, научное исследование, направленное на разработку корректирующих технологических приемов, исключающих возможные риски производителей и обеспечивающих качество и безопасность готовой продукции в условиях нестабильности качества мясного сырья, является своевременным и актуальным.
Целью настоящего исследования являлось совершенствование технологии сырокопченых колбас на основе количественной оценки «барьерных» значений показателей, формирующих качество готовой продукции.
Научная новизна работы состоит в теоретическом и экспериментальном обосновании возможности производства сырокопченых колбас стабильного качества при использовании для их изготовления размороженного, в том числе блочного, мясного сырья.
Изучены особенности санитарно-микробиологических и функционально- ' технологических характеристик охлажденного и размороженного мясного сырья и выявлены основные риски, связанные с использованием размороженного мясного ~ сырья в блоках при изготовлении сырокопченых колбас.
Научно обоснована необходимость применения* корректирующих технологических приемов, позволяющих стабилизировать качество сырокопченых . колбас, изготовленных из размороженного мясного сырья.
Изучены закономерности изменения активности воды сырокопченых колбасах в процессе их изготовления в зависимости от изменения содержания влаги и поваренной соли.
Практическая значимость работы состоит в разработке технологических приемов, позволяющих обеспечить выпуск сырокопченых колбас стабильного качества при использовании для их изготовления размороженного,-в том числе блочного, мясного сырья.
Разработаны «Методические рекомендации по разработке и применению экспрессного метода оценки активности воды при контроле процесса изготовления сырокопченых колбас MP 04-00419779-08».
Результаты работы были использованы при разработке технологических инструкций к ТУ 9213-767-00419779-07 «Колбасы сырокопченые», ТУ 9213-928-00419779-07 «Колбасы сырокопченые», а также в программах по послевузовской подготовке и повышению квалификации специалистов мясной
промышленности Учебного центра ВІШИМП и Фонда Адальберта Рапса. Получен экономический эффект от внедрения результатов работы в условиях ЗАО «Йошкар-Олинский мясокомбинат».
Санитарно-микробиологические показатели исходного сырья и фарша
Мясное сырье с уровнем начальной обсемененности 102 КОЕ/г при температуре 5С способно храниться в течение 12 суток без признаков порчи. Мясное сырье, имеющее 104 КОЕ/г, проявит признаки порчи (изменение цвета, появление запаха, ослизнение поверхности) на 5-е сутки. А мясное сырье с 10 КОЕ/г будет испорченным уже на 2 сутки хранения. Мясное сырье с 107 КОЕ/г имеет все характерные органолептические признаки порчи и дальнейшая его переработка является сомнительной [95].
Скорость развития микроорганизмов в мясном сырье достаточно высокая. По некоторым оценкам один микроорганизм способен за 7 часов при температуре 10-12 С дать потомство общей численностью более 2 млн микроорганизмов [95].
Необходимо отметить, что рост разнообразных микроорганизмов, способных вызывать порчу мяса и мясопродуктов, а также пищевые отравления, наблюдается при широком диапазоне температуры - от минус 15 до плюс 70С [2].
Низкая температура хранения и переработки мясного сырья является важнейшим фактором, обеспечивающим его низкую начальную обсемененность за счет ограничения рост микроорганизмов. Ограничение температуры до 3С способно устранить, за небольшим исключением, риск развития практически всех патогенных микроорганизмов [43].
На рис. 3 показано влияние температуры на рост общего количества микроорганизмов и сроки хранения мясного сырья с одинаковым уровнем начальной об-семененности (102 КОЕ/г) [95]. При температуре хранения 0С мясное сырье не имело каких-либо признаков порчи в течение 10 суток. При температуре 5С признаки порчи появились на 6 сутки хранения.
Контроль за гигиеническим состоянием мясного сырья является, безусловно, важным аспектом в технологии сырокопченых колбас. Это связано не только с особенностями их изготовления, но и с тем, что все диапазоны температуры (0-30С) и относительной влажности воздушной среды (75-98%), которые характерны для большинства технологических операций и этапов (начиная от убоя и первичной переработки скота и заканчивая получением и хранением готового продукта) являются благоприятными условиями для жизнедеятельности многих видов микроорганизмов [29, 31, 74].
Для производства сырокопченых колбас используют охлажденное и замороженное мясное сырье с различной продолжительностью хранения на предприятии или вне его [29]. В связи с этим в мясном сырье могут наблюдаться значительные колебания количества и видового состава микрофлоры, что в свою очередь, нередко вызывает проблемы при производстве сырокопченых колбас. Если убой животных происходит на собственном предприятии, а мясо до его использования хранится недолго и при строгом охлаждении (не выше 2С), то можно исходить из того, что имеются хорошие предпосылки для последующего созревания изготов ляемых из него колбас. Однако, если должно добавляться закупаемое мясо со стороны или размороженное.мясо, то часто следует ожидать высоких исходных степеней обсеменения сырья, которые отрицательно скажутся на созревании сырокопченых колбас. Особенно неквалифицированное размораживание мяса приводит к микробиологическому риску, поскольку в этом случае в мясе в результате длительного нахождения при относительно высокой температуре и с влажной поверхностью могут возникнуть слишком высокие количества микроорганизмов. Рост числа микроорганизмов следует ожидать и тогда, когда мясо перед переработкой отжи-ловывалось при слишком высокой температуре. Однако и типичная микрофлора холодильного помещения (представители штаммов псевдомонад, а также устойчивых к холоду энтеробактерии, которые регулярно встречаются на слишком долго сохраняющемся в охлажденном состоянии мясе) могут при большом их числе отрицательно сказаться на созревании сырокопченых колбас. Обычно, высокие количества микроорганизмов, расщепляющих белки и жиры, являются в мясе сильными факторами риска, поскольку они, а также образованные ими в сырье энзимы могут негативно влиять на процесс созревания сырокопченых колбас [40, 41].
Мясо с высокими значениями КМАФАнМ, даже на вид в хорошем состоянии, может привести к браку или снижению качества готовой продукции. Количество бактерий, способных вызывать порчу, не должно превышать определенные , пределы, так как в этом случае эффективность последующих «барьеров» может быть слишком низкая, и что приведет к тому, что в процессе созревания колбас не сможет развиваться желательная микрофлора. В результате этого, даже при добав-.-лении стартовых культур, большое количество нежелательных микроорганизмов в. сырье не удастся подавить.
Исходный состав микрофлоры фарша сырокопченых колбас особенно зависит от предварительной обработки мясного сырья. В свежем охлажденном (двух-, трехсуточной выдержки) мясном сырье, полученном в гигиеничных условиях, с уровнем обсеменения менее 104 КОЕ/г и нормальным течением автолиза, преобладают микрококковые и дрожжи. Во время холодного хранения в аэробных условиях развиваются, прежде всего, псевдомонады, а при несколько более высоких температурах энтеробактерии, таюке выносливые к холоду. В анаэробных условиях, то есть на упакованном под вакуумом мясе развиваются лактобациллы. Если рН мяса находится выше 6,0, то качественный состав микрофлоры будет представлен и другими видами бактерий.
Конкурирующая микрофлора и стартовые культуры
При изготовлении.сырокопченых колбас происходят сложные микробиологические процессы, при которых изменяется количественный и качественный состав микрофлоры фарша [1].
В фарше, предназначенном для изготовления сырокопченых колбас, содержатся в большом количестве микроорганизмы различных видов. На рис. 4 упрощенно представлена модель микробиологических процессов созревания сырокопченых колбас, типичная для колбасного фарша, уже имеющего к. моменту наполнения в оболочку общее количество микроорганизмов от 105 до 106 КОЕ/г. В исходном фарше наблюдается множество видов микроорганизмов, из которых только некоторые полезны для созревания колбас. Рассмотренные выше «барьеры» - нитрит натрия и окислительно-восстановительный потенциал - хотя и достаточно быстро (в течение 1-3 суток) исчерпывают свой потенциал в обеспечении подавления нежелательной микрофлоры, но в процессе созревания успевают подготовить условия для.развития конкурирующей микрофлоры. К этому следует добавить, что в результате внесения поваренной соли активность воды в фарше снижена примерно до 0,96. Пока это значение еще не является «барьерным», но уже участвует в создании неблагоприятных условий для большинства микроорганизмов [31]5
Какие из микроорганизмов будут размножаться, и составят конкурирующую микрофлору, зависит от различных факторов. При этом сделать количественные прогнозы очень затруднительно, поскольку даже внутри одного штамма микроорганизмов имеются значительные различия по устойчивости к неблагоприятным условиям. Ориентиры относительно конкурентоспособности различных групп микроорганизмов в неблагоприятных условиях представлены в табл. 2 [1].
При низких значениях рН и отсутствии кислорода могут успешно конкурировать, прежде всего, лактобациллы. Многие из них растут также уже при низких положительных температурах. Эти микроорганизмы размножаются в первые дни созре О вания до общего их содержания в продукте 10 КОЕ/г и, хотя обсемененность ими (а, следовательно, значимость этого «барьера») в ходе созревания уменьшается, обнаруживаются как господствующие и в готовых колбасах [1,31, 60].
Аналогично молочнокислой микрофлоре ведут себя, представители родов Staphylococcus, Streptococcus, Enterococcus, Pediococcus, которые часто встречаются в сырокопченых колбасах во время созревания, хотя и в меньших количествах. Микробиологические исследования безупречно изготовленных колбас показывают преобладание в готовом продукте молочнокислых бактерий и стафилококков.
Микрококки, хотя и хуже переносят низкие значения рН и отсутствие кислорода, однако, часто выдерживают более низкие значения активности воды и обходятся также без углеводов как источника энергии при достаточном обеспечении кислородом.
Микрококки, а также другие чувствительные к кислоте микроорганизмы (например, энтеробактерии) могут преобладать в готовой колбасе при «медленном» созревании и отсутствии копчения (как, например, при изготовлении традиционной итальянской салами). В этом случае они имеют лучшие условия развития, поскольку значение рН при малой дозировке сахара и низкой температуре созревания снижается медленнее и не настолько сильно, а внесение нитрата благоприятствуют росту и выживанию этих неустойчивых в кислой среде и восстанавливающих,, нитрат бактерий. Копчение неблагоприятно для микрококков больше, чем для лак-тобацилл, поскольку первые не только чувствительнее к компонентам коптильного дыма, но и развиваются из-за их потребности в кислороде преимущественно во; внешних слоях колбасы, где и подвергаются сильнее воздействию дыма [1].
Другие встречающиеся на свежем мясе бактерии, аналогично микрококкам, чувствительны к низким значениям рН и размножаются медленно или вообще не размножаются при низкой активности воды (энтеробактерии, клостридии), низких температурах (большинство видов бацилл, клостридии и энтерококков) или низком содержании кислорода (бациллы, энтеробактерии, вибрионы). Наконец, в сырокопченых колбасах могут размножаться дрожжи и плесневые грибы, часто встречающиеся на мясе и других ингредиентах. Хотя они и чрезвычайно выносливы к низким значениям рН и активности воды, дрожи и плесени довольно требованы к кислороду и растут значительно медленнее, чем бактерии.
Жизнеспособность кислотонеустойчивых бактерий зависит от того, как быстро и насколько лактобациллы снизят значение рН; что в свою очередь, определяется не только первоначальным числом лактобацилл, но и температурой созревания и, в особенности, видом и количеством пригодных к сбраживанию Сахаров [1,31].
Изучение влияния общего содержания микроорганизмов в исходном мясном сырье на снижение рН в процессе ферментации и качество готовой продукции
Как было показано в обзоре литературе, нитрит натрия является важнейшим «барьером», препятствующим развитию нежелательной микрофлоры, при производстве сырокопченых колбас, который подавляет развитие большинства бактерий в фарше в первые дни после формования его в оболочку.
В условиях необходимости переработки мясного сырья с повышенным содержанием микроорганизмов и высоким значением рН представляло практический интерес изучение возможного увеличения дозы внесения нитрита натрия при производстве сырокопченых колбас,
В традиционных российских технологиях сырокопченых колбас нитрит натрия вносят в количестве 10 г на 100 кг сырья. Учитывая, что микробиологическая стабильность сырокопченых колбас определяется количеством нитрита, имеющегося в них к началу созревания, одной и задач данной работы являлось исследование качества сырокопченых колбас, выработанных с повышенными дозами данного консерванта, и оценка возможности увеличения значения этого «барьера» при работе с сырьем сниженного качества.
В связи с этим были проведены исследования процесса ферментации и сушки сырокопченых колбас с повышенными дозами внесения нитрита натрия -15 г, 20 г и 25 г на 100 кг сырья (образцы №№1-3, соответственно). Для проведения эксперимента вырабатывали модельные образцы сырокопченых колбас (на основе базовой рецептуры колбасы «Мещерской», но с уменьшенным на 15% содержанием мышечной ткани), фарш которых состоял на 45% из говядины жилованной высшего сорта и на 55% шпика свиного хребтового. В качестве антиокислителя использовали эриторбат натрия (0,05%). Изменение рецептуры было сделано с целью возможности распространения результатов исследования по остаточному количеству нитрита натрия в готовой продукции на другие рецептуры сырокопченых колбас.
Модельные колбасы были выработаны из блочного размороженного сырья. Исходный фарш имел значение рН 5,89-5,90, общее количество микроорганизмов в фарше (КМАФАнМ) составило 3,5х105 - 5х105 КОЕ/г.
Как видно из рис. 15, в образцах №1 и №2, несмотря на невысокое содержание в фарше говядины высшего сорта, нитрит натрия был практически полностью «израсходован» на 2-е сутки, и на последующих стадиях ферментации и созревания его остаточный уровень не превышал 0,0003% (при нормируемом значении 0,003%). Внесение нитрита натрия в количестве 25 г на 100 кг сырья приводило к достаточно длительному сохранению высокого значения этого «барьера». Только на 3-й сутки в образце №3 остаточное содержание нитрита снизилось до уровня, ниже нормируемого для сырокопченых колбас и, в дальнейшем, также составило не более 0,0003%.
Во всех образцах на всех сроках ферментации-и сушки не были обнаружены такие патогенные микроорганизмы как сальмонеллы, сульфитредуцирующие клостридии, S.aureus и L.monocytogenes. Однако в фарше и затем на начальных стадиях во всех образцах наблюдались бактерии группы кишечной полочки и, в частности, E.coli. Так, в образцах №1 и №3, вероятно, эти микроорганизмы были вытеснены полезной микрофлорой и угнетены «барьерным» действием технологических факторов только на 20 сутки с начала ферментации и сушки. В образце №2 бактерии группы кишечной палочки наблюдались только на этапе ферментации, E.coli была угнетена и не обнаруживалась, начиная с 12-х суток изготовления колбас.
Отмечено, что наблюдаемая картина изменения характера присутствующей микрофлоры развивалась более динамично в образце №2. К 12-м суткам грамотрицательная микрофлора, к которой относятся, в основном, нежелательные гнилостные микроорганизмы, была вытеснена кокковыми формами. В то время как в образцах №Г и №3 это вытеснение происходило значительно более длительное время, и кокки стали доминирующей микрофлорой только к 20-м суткам изготовления колбас.
Одной из возможных причин сходного действия исследованных минимальной» и максимальной доз внесения нитрита натрия, могло быть, то, что при внесении нитрита натрия в количестве 25 г на 100 кг сырья наряду с нежелательной микрофлорой происходило угнетение микроорганизмов стартовой культуры. Кроме этого, следует отметить, некоторые зарубежные исследователи на примере вареных колбас показали, что нитрит натрия обладает способностью повышать окислительно-восстановительный потенциал в фарше, угнетая действие оксидаз. Последнее при производстве сырокопченых колбас может приводить к тому, что в фарше кислород расходуется медленнее и следующий «барьер» -низкое значение окислительно-восстановительного потенциала - обеспечивающих угнетение аэробных микроорганизмов, наступает позднее.
В процессе ферментации и сушки сырокопченых колбас определяли изменение массы батонов с целью контроля обезвоживания. Результаты представлены на рис.17. Увеличение дозы внесения нитрита натрия не привело к изменению динамики потери массы образцов.
Изучение влияния повышенного уровня введения нитрита натрия на процесс ферментации и качество сырокопченых колбас
Активность водьк является основным «барьером», определяющим стойкость сырокопченых колбас к микробиальной порче. При достаточно высоких уровнях: начальной обсемененности и рН мясного сырья, поступающего на выработку сырокопченых колбас, представлялось целесообразным изучение возможности1 сниженияпоказателя aw уже в исходном фарше. Из литературных данных известно,-что ингредиентный состав фарша определяет исходное значение активности воды в нем. В связи с этим была поставлена задача - изучить возможность снижения активности воды за счет подбора рецептуры.
Для этого были приготовлены модельные образцы фарша сырокопченой колбасы с различным соотношением следующих ингредиентов: говядины жилованной высшего сорта, шпика хребтового и гидратированного животного белка. Поваренную соль, пряности и декстрозу вносили во все образцы фарша в одинаковых количествах, согласно рецептуре, приведенной в п. 2.2 (табл.7).
В условиях дефицита мясного сырья мясоперерабатывающие предприятия при выработке сырокопченых колбас стали широко использовать животные белки в гидратированном виде, в связи с этим представляло практический интерес исследовать влияние на значение aw введения гидратированного животного белка.
В работе был использован животный белок «Сканпро» с максимальным уровнем гидратации 1:22 (соотношение белок:вода, при котором влагосвязывающая способность гидратированного белка 100%). Для введения в фарш сырокопченых колбас белок гидратировали в соотношении белок:вода -1:7. Значение рН гидратированного белка составило 7,27, активность воды - 0,9960, что было выше значений этих показателей для говядины жилованной высшего сорта (pH=5,64-6,50, aw=0,9889-09901, см. табл. 10). Таким образом, по результатам сравнения рН и aw, можно было ожидать, что введение гидратированного белка в фарш сырокопченых колбас приведет к снижению «барьерного» значения этих показателей. Однако важно было установить, насколько существенным будет это снижение.
Значение активности воды и содержания влаги в фарше сырокопченых колбас в зависимости от соотношения нежирного и жирного сырья
Как видно из рис.20, изменение в рецептуре соотношения говядина : шпик приводило к значительным изменениям содержания влаги и активности воды. Так, варьированием в рецептуре соотношения нежирного и жирного сырья можно снизить активность воды исходного фарша от 0,9690 до 0,9490. Из литературных данных известно, что значение активности воды ниже 0,9500 обеспечивает торможение и даже исключение роста многих патогенных микроорганизмов -Bacillus, Citrobacter, CI. perfringens, CI. botulinum, Enterobacter, Escherichia, Proteus, Salmonella и др.
При замене в рецептуре фарша говядины на гидратированный белок происходило постепенное увеличение значений содержания влаги и активности воды. При уровнях замены мясного нежирного сырья от 0 до 20 частей содержание влаги в исходном фарше увеличивалось незначительно от 57,93% до 61,17%, а значение aw, соответственно - от 0,9690 до 0,9710 (рис.22).
Одновременная замена гидратированным белком жирного и нежирного сырья в рецептуре фарша приводила к более значительным изменениям содержания влаги и активности воды (рис.23). Так замена 10 частей говядины и 10 частей жира, соответственно на 20 частей гидратированного белка повышала содержание влаги с 47,68% до 57,75%, а активность воды - с 0,9611 до 0,9689. 60/40 Соотношение говядины высшего сорта, і гидратированного белка в рецептуре
Значение активности воды и содержания влаги в фарше сырокопченых колбас в зависимости от уровня замены говядины и шпика гидратированным животным белком Таким образом, проведенные на модельных образцах фарша исследования показали, что: - активность воды может быть существенно снижена за счет изменения соотношения нежирного и жирного сырья в рецептуре, в связи с этим, при выработке сырокопченых колбас из размороженного (особенно блочного) мяса, следует вырабатывать ассортимент шпигоемких колбас (не менее 40% шпика); - введение гидратированного белка рекомендуется осуществляться только путем замены нежирного мясного сырья, в противном случае замена жирного сырья и является дополнительным фактором риска при производстве сырокопченых колбас из размороженного сырья.
