Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследований 5
1.1 Химический состав и пищевая ценность конины 5
1.2 Автолитические процессы в конине и пути ускорения ее созревания 13
1.3 Изменения в мясном сырье, обработанном электрическим током 23
1.4 Заключение по обзору литературы 30
1.5 Цель и задачи исследований 32
Глава 2 Организация проведения эксперимента и методы исследований 34
2.1 Объекты исследований и методика проведения эксперимента 34
2.2 Схема проведения эксперимента 35
2.3 Методы исследований 38
Глава 3 Особенности влияния низковольтной многоэлектродной электростимуляции на биохимические и физико-химические показатели конины 45
3.1 Влияние электростимуляции на биохимические и физико-химические показатели конины 45
3.2 Влияние низковольтной многоэлектродной электростимуляции на состояние влаги в конине 53
3.3 Исследование структурно-механических показателей и микроструктуры мышечной ткани электростимулированной конины 56
Глава 4 Использование электростимулированной конины в производстве натуральных консервов 62
4.1 Возможность применения электростимулированной конины в парном состоянии в технологии мясных консервов 62
4.2 Исследование свойств стерилизованной конины 64
Глава 5 Изучение качества стерилизованных консервов при хранении 70
5.1 Качественные показатели консервов из электростимул ированной конины при хранении 70
5.2 Исследование белковой и жировой фракций консервов из электростимулированной конины при хранении 73
5.3 Опытно-промышленная апробация 81
Выводы 87
Список использованной литературы 89
Приложения 103
- Автолитические процессы в конине и пути ускорения ее созревания
- Влияние электростимуляции на биохимические и физико-химические показатели конины
- Исследование свойств стерилизованной конины
- Опытно-промышленная апробация
Введение к работе
Актуальность работы. Пищевая ценность конины, ее диетические свойства, особенности жирнокислотного состава, а также исторически сложившиеся традиции питания коренного населения Восточной Сибири обуславливают перспективность ее использования в производстве мясных консервов
По качественному составу белков конина близка к говяжьему мясу, однако количество соединительной ткани в конском мясе выше на 30 %, поэтому оно более жесткое по сравнению с говядиной В связи с этим при переработке конины необходимо использовать методы, направленные на интенсификацию автолитических процессов
Одним из технологических способов ускорения процессов созревания мяса является электростимуляция (ЭС) Отечественными и зарубежными учеными (И А Рогов, А С Большаков, М А Дибирасулаев, Л В Куликовская, Ф А Мадагаев, Е Т Тулеуов, I R Bendall, Р Е Bouton, В В Cnstall, Т R Dutson и др ) изучено влияние электростимуляции на биохимические процессы созревания мяса, способствующие улучшению консистенции, вкуса и аромата мясопродуктов
Наиболее эффективным и практически безопасным является способ низковольтной многоэлектродной стимуляции Однако в литературе нет данных по влиянию низковольтной многоэлектродной электростимуляции (НВМЭС), имеющей ряд преимуществ по сравнению с другими, на технологические показатели конины, которая характеризуется повышенной жесткостью, а также более высоким содержанием гликогена на (1,0 - 1,5) % в сравнении с говядиной
В связи с этим исследование свойств конского мяса, подвергнутого НВМЭС, и совершенствование технологии натуральных консервов из электростимулированной конины являются актуальным
Цель и задачи исследований Цель работы - исследование влияния НВМЭС конины на ее свойства и качество натуральных стерилизованных консервов из этого сырья
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи
-выявить влияние низковольтной электростимуляции на скорость и направленность биохимических и физико-химических процессов, происходящих в конине,
-исследовать состояние влаги в электростимулированной конине в процессе автолиза,
-изучить структурно-механические показатели и микроструктуру конины, подвергнутой НВМЭС,
-исследовать изменение физико-химических показателей консервов из электростимулированной конины при длительном хранении,
- апробировать в производственных условиях технологию стери
лизованных консервов из электростимулированной конины,
- оценить качество готового продукта
Научная новизна. Установлена степень воздействия электростимуляции конины в парном состоянии на процессы деградации белковой системы на разных этапах автолиза Выявлено увеличение количества прочносвязанной влаги в конине, подвергнутой низковольтной многоэлектродной электростимуляции, которая сохраняется при стерилизации
На основании исследования структурно-механических показателей и микроструктуры конины установлен эффект тендеризации конского мяса в результате воздействия на него электрического тока низкого напряжения, а также выявлено, что для тендеризации конины приемлемы те же параметры НВМЭС что и для говядины
Экспериментально доказано, что созревание конины ускоряется под воздействием низковольтной электростимуляции на двое суток, при этом качество консервов, изготовленных из электростимулированной конины, улучшается за счет повышения сочности плотной части консервов
Практическая значимость На основании анализа и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований обоснована возможность применения электростимулированной конины в парном и охлажденном состоянии в технологии стерилизованных консервов
Разработан способ подготовки парной и охлажденной конины с применением НВМЭС для выработки стерилизованных консервов Технология апробирована в производственных условиях ОАО «Бурятмя-сопром», где получила положительный отзыв
Подготовлен проект нормативной документации на консервы мясные «Конина тушеная из электростимулированного мяса» (ТУ 9216-065-02069473-2007)
Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях «Пища Экология Человек» (М , 1999, Новосибирск, 2004), «Интеграция науки, производства и образования состояние и перспективы» (Кемерово, 1999), «Перспективы развития прикладной биотехнологии» (М , 2005), «Прогрессивные пищевые технологии -третьему тысячелетию» (Краснодар, 2000), «Непрерывное образование в современной России реалии и перспективы» (Пенза, 2005), «Современные инновационные технологии и оборудование» (Тула, 2006), всероссийской научной конференции «Технология и техника агропромышленного комплекса» (Улан-Удэ, 2005), ежегодных научных конференциях преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГТУ (2000-2007)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения и пяти глав, включающих обзор литературы, методы исследований, результаты эксперимента и их анализ, выводы, список использованной литературы и приложения
Автолитические процессы в конине и пути ускорения ее созревания
В настоящее время важное значение придается расширению резервов ,, мясного сырья, его рациональному использованию и повышению качества продуктов [12, 13, 15, 33, 49, 111]. Качество мясопродуктов зависит, в первую очередь, от особенностей состава и свойств сырья, условий и режимов технологических процессов.
Определяющим условием для формирования качества продуктов является уровень и характер развития автолитических процессов в животных тканях. Изменения, происходящие в мышцах в послеубойный период, имеют важное практическое значение и оказывают существенное влияние на пищевую ценность мяса и его потери в процессе обработки [10, 17, 21, 50, 140].
Повышение качества и увеличение выпуска мясопродуктов требуют рационального использования сырья с учетом глубины и характера автолиза, совершенствования способов и условий протекания процесса в зависимости от направления его переработки. Однако особенности взаимосвязи между уровнем и характером физико - химических и биохимических изменений в различных видах сырья и качественными характеристиками мясопродуктов до настоящего времени имеют ряд нерешенных вопросов [25, 45].
С целью совершенствования и расширения ассортимента мясопродуктов, за счет использования нетрадиционных видов мясного сырья, необходимы глубокие научные обоснования послеубойных изменений в животных тканях, которые прямо связаны с качественными показателями продуктов.
В послеубойный период в конине, как и в мясе других животных, протекают биохимические и физико-химические процессы, которые оказывают влияние на его качественные показатели. Поэтому важно определить: в каком направлении протекают автолитические процессы в конине, чтобы правильно подготовить сырье для получения качественного мясопродукта [47, 53, 54].
Вскоре после убоя животных, в результате прекращения поступления кислорода в мышечные ткани, затухает аэробная фаза обмена веществ, что приводит к существенным изменениям структуры, состава и свойств мяса. Учитывая внешние признаки изменения мяса, процессы, протекающие после убоя животных, условно подразделяют на три этапа: посмертное окоченение, его разрешение и созревание. Каждый из них характеризуется специфичностью изменения таких свойств мяса, как жесткость, влагосвязывающая способность (ВСС), вкус и аромат, устойчивость к действию пищеварительных ферментов и др. Поэтому большой практический интерес представляют четыре состояния мяса: парное, окоченевшее, мясо в состоянии разрешения посмертного окоченения и созревшее.
В парном мясе, полученном после убоя животных, мышечная ткань расслаблена, имеет высокую влагоемкость, рН близок к 7,0. Такое мясо наиболее пригодно для выработки вареных колбас [17]. Однако оно не обладает достаточно выраженным вкусом и ароматом, свойственными созревшему мясу [28, 29, 43, 44, 45, 46, 55, 78].
В период посмертного окоченения мышцы отвердевают, резко снижается их ВСС, повышаются механическая прочность и сопротивление деформациям, увеличивается устойчивость к действию пищеварительных ферментов. На этом этапе автолиза мясо непригодно для кулинарных целей и промышленной обработки.
После посмертного окоченения происходит его разрешение. При этом уменьшается жесткость и увеличивается ВСС. Мясо становится пригодным для промышленной переработки и на кулинарные цели.
В период созревания, в результате углубления автолиза мясо приобретает хорошо выраженные аромат и вкус, становится мягким и сочным, более доступным действию пищеварительных ферментов. Такое мясо наиболее пригодно для кулинарных изделий.
Из четырех состояний лишь посмертное окоченение характеризуется отчетливо выраженными изменениями показателей, отражающих ход изменений мышечной ткани. К моменту наступления этого состояния завершаются изменения АТФ и белков актомиозинового комплекса, величины рН среды, прочностных свойств и ВСС [27].
Анализ результатов исследований авторов [6, 90, 93] показывает, что характер изменений, протекающих в конском мясе, обуславливает соответствующие его технологические свойства, и он подобен изменениям, происходящим при охлаждении других видов мяса. Однако было установлено, что по интенсивности эти изменения в конине протекают значительно медленнее, чем в соответствующих условиях в говядине. Особенность биохимических превращений в конине при охлаждении авторы связывают с химическим составом конского мяса. Известно [84], что конина отличается большим содержанием гликогена и поэтому часто называется «сахаристым» мясом. Этот факт подтверждается данными авторов [90, 93] о том, что гликолитические превращения в конине и накопление молочной кислоты продолжаются до пятых суток, а максимум накопления кислоты приходится на период после 48 ч.
Исследованиями других ученых [6, 80] по изучению автолиза конского мяса показано, что при температуре (2-4)С в мышечной ткани наблюдается быстрый распад гликогена с накоплением молочной кислоты, редуцирующих Сахаров и неорганических фосфатов. Они утверждают, что в конине, как в говядине и свинине, максимальный уровень молочной кислоты достигается уже через (24-48) ч после убоя животных, т.е. в период полного развития посмертного окоченения и сопровождается сдвигом рН до (5,4-5,7).
Особенности гликолитических изменений в автолизирующей мышечной ткани мяса, в том числе и конины, оказывают специфическое влияние на характер других биохимических и физико-химических изменений.
Результатами исследований А.А. Васильева и др. [90] было установлено, что непосредственно после убоя мышечная ткань конины характеризуется высокой степенью гидратации, определяющей его высокие технологические свойства. Показано, что в первый период автолиза ВСС уменьшается, достигая своего минимума (53,2 %) к четырем-пяти суткам хранения. Наиболее интенсивное изменение данного показателя наблюдалось в течение первых двух-трех суток хранения. В дальнейшем уменьшение проходит менее интенсивно и незначительно. После достижения минимума установлено вначале интенсивное, а затем постепенное увеличение ВСС до 59 % на седьмые сутки. Однако, по данным других ученых [6, 80], наибольшее снижение прочносвязанной влаги в конине (до 50 %) обнаружено через двое суток, а через шесть суток вновь повысилось до 62 %.
Анализ представленных результатов позволяет отметить их противоречивость, но все авторы однозначно указывают на более длительный процесс автолиза конины по сравнению с мясом других животных. Из приведенных выше материалов следует, что мясо различных видов животных имеет существенные отклонения в характере автолитических изменений. Известно, что скорость гликолитических процессов в мясе различных животных определяет различие технологических свойств, которые, в свою очередь, влияют на качество получаемых мясопродуктов.
Отклонения в качестве мяса, обусловленные характером автолиза, как показали многочисленные исследования [6, 80, 90, 93], связаны, прежде всего, с развитием гликолитических процессов. Установлено, что интенсивность гликолитических процессов в автолизирующей мышечной ткани различных видов животных отличается и зависит от концентрации ферментов гликогенолиза и содержания гликогена. Работами А.А. Соколова и других исследователей [90, 93, 102] установлено, что распад АТФ в конине протекает более длительно. Возможно, это связано с ее высоким содержанием, на что указывает, соответственно, и повышенное содержание гликогена в конине. Именно с высоким содержанием АТФ Тулеуов Е.Т. [93] связывает более медленное развитие посмертного окоченения конины. Вероятно, с учетом данного факта П.Е. Павловский [69], в свое время, считал возможным использовать конину в более ранний период автолиза при условии активации созревания мяса.
Таким образом, начальным этапом в последовательной цепи превращений основных компонентов мяса являются изменения углеводов и, как следствие, рН. Послеубойный гликолиз создает общий фон, который определяет также интенсивность и направленность протеолитических изменений белков [76, 78].
Влияние электростимуляции на биохимические и физико-химические показатели конины
Как следует из литературного обзора любая электростимуляция ускоряет процессы созревания мяса и положительно влияет на его качество.
В связи с этим на данном этапе исследовали биохимические и физико химические показатели конины, подвергнутой низковольтной многоэлектродной электростимуляции.
После убоя животного начинается анаэробный распад гликогена по пути фосфоролиза и амилолиза, так как гликогена в конине больше (3 %), чем в говядине, процесс его распада идет более интенсивно, поэтому исследовали изменение содержания гликогена в электростимулированнои конине в послеубойный период (рис. 2).
Из анализа данных исследования углеводной системы конины выявлено, что содержание гликогена в электростимулированных образцах снижается по сравнению с контролем на 17,8 % сразу после электрообработки. В период исследования наблюдается интенсификация распада основного углевода конины. В первые 48 ч охлаждения наблюдается снижение гликогена на 76 %. В дальнейшем его содержание снижается незначительно. В электростимулированных образцах уже через 24 ч содержание гликогена снижается на 78 %, достигая своего минимального значения 22 %, и в период дальнейшего исследования стабилизируется примерно на этом уровне.
Механизм воздействия электрического тока на мышечную ткань конины после убоя заключается в том, что под влиянием электрических импульсов, передаваемых либо по аксонам нервных клеток, либо путем прямого раздражения мембраны мышечного волокна, ионы Са" 4" выходят из саркоплазматического ретикулума и освобождают АТФ, стимулируя АТФ азу миозина, которая расщепляет АТФ до АДФ, создавая энергию для сократительных белков. Восстановление АТФ происходит за счет энергии распада гликогена [56].
В результате гликолитического распада гликогена накапливается молочная кислота, которая изменяет кислотность среды, поэтому информативным является изучение величины рН электростимулированной конины (рис. 3).
Данные показывают, что в опытных образцах наблюдается более динамичное изменение значений рН по сравнению с контролем, так значение рН в электростимулированных образцах достигает своего минимального значения 5,55 ед. уже через 24 ч, в то время как в нестимулированных образцах - через 48 ч. Величина рН равная 6,2 ед. в контрольном образце достигается через 6 сут, а в опытном - почти на двое суток раньше. Вероятно, интенсивный расход мышечной энергии за счет распада АТФ под воздействием электрического тока вызывает ускорение фосфоролиза гликогена и сдвига рН.
Смещение рН мяса в кислую сторону, повышает активность катепсинов, вызывающих гидролиз белков на более поздних стадиях автолиза. Данные эксперимента свидетельствуют об увеличении интенсивности роста протеолитической активности ферментов в электростимулированной конине. Максимальная активность ферментов опытных образцов отмечена к концу первых суток автолиза и составляет 0,28 ед/см3. Повышение активности протеолитических ферментов под действием НВМЭС связано с ускорением гликолиза, соответственно, снижением рН, которое ведет к повышению проницаемости лизосомальных мембран (рис. 4).
О ходе и направленности автолитического процесса в электростимулированной конине можно судить по растворимости фракций " миофибриллярных и саркоплазматических белков, которая является фоном в формировании технологических свойств сырья [76].
Исследования растворимости саркоплазматических и миофибриллярных белков электростимулированной мышечной ткани конины проводились в течение семи суток хранения при температуре (0-К2) С (рис. 5). Растворимость саркоплазматических белков, выделенных экстракцией буферным раствором низкой ионной силы, в исследуемых образцах в послеубойный период с течением времени снижается параллельно с падением рН, снижение количества саркоплазматических белков при холодильном хранении, вероятно, связано с активацией катепсинов.
При этом в электростимулированных образцах экстрагируемость саркоплазматических белков выше в среднем на (6 —7) % по сравнению с контролем.
Исследование свойств стерилизованной конины
Основным изменением белков при стерилизации является денатурация - изменение природных свойств. В основе денатурации лежит нарушение упорядоченного расположения полипептидных цепей во вторичной, третичной и четвертичной структурах молекулы в результате ослабления и разрыва внутримолекулярных связей. Вторичные процессы, происходящие после денатурации, связаны с хаотичным возникновением связей (водородных, солеобразных) между полипептидными цепями как внутри молекулы, так и между молекулами различных белков, а также с изменением электростатического состояния белков. В результате вторичных процессов уменьшается гидрофильность белков, теряется их устойчивость и происходит агрегация и коагуляция.
На следующем этапе для исследований с учетом идентичности исходного сырья, были изготовлены консервы из электростимулированной конины в парном и охлажденном состоянии, контролем служили консервы из нестимулированной охлажденной конины. В них исследовали влияние электростимуляции на количество выделившегося бульона при стерилизации консервов, которое характеризует гидрофильность белков в зависимости от термического состояния сырья. Изменение соотношения составных частей консервов при стерилизации даны на рисунке 13.
В результате экспериментальных исследований выявлено, что в опытных образцах из электростимулированной конины охлажденной доля мясной части консервов больше на 5,3 %, выделение бульона снилсается на 5,9 %, по сравнению с контролем. Таким образом, применение НВМЭС способствует ускорению биохимических процессов созревания мяса, поэтому на стадии разрешения посмертного окоченения гидрофильность конины увеличивается, что повышает ее водоудерживающую способность.
В консервах из электростимулированной конины парной доля мясной части больше на 7,9 %, а выделение бульона снижается на 9 % по сравнению с контрольным образцом. Парное мясо обладает наилучшими технологическими показателями, в том числе гидрофильности.
Низковольтная многоэлектродная электростимуляция из-за интенсивного сокращения и расслабления мышц вызывает локальную деструкцию мышечных волокон, что оказывает тендеризующий эффект на жесткое мясо конины.
Стабильность денатурированных белков имеет важное значение для сохранения качества готового продукта. Содержание белкового азота сразу после стерилизации в опытных образцах несколько ниже контроля, так как усиление биохимических процессов в сырье способствует сохранению этой тенденции и после высокотемпературной обработки (табл. 7).
Производство мясных консервов связано с длительным воздействием высоких температур. В зависимости от температуры и продолжительности нагревания жировая ткань может претерпевать различные по глубине изменения - от инактивации содержащихся в них компонентов до образования низкомолекулярных соединений. Условия тепловой обработки влияют на интенсивность и глубину окислительных процессов. В процессе хранения консервов жиры подвергаются окислительным изменениям, в связи с этим важное практическое значение имеет изучение окислительных процессов в консервах из электростимулированной конины, о которых судят по пероксидному числу жира.
Анализ полученных результатов показал, что в опытных образцах из парного и охлажденного мяса пероксидное число на уровне контрольного образца.
Органолептический анализ, представленный в таблице 8, показал, что куски мяса в образцах консервов из электростимулированной конины в парном и охлажденном состоянии были целые, при извлечении из банки не распадались на отдельные волокна.
Запах и вкус разработанных образцов консервов свойственны тушеной конине с пряностями, без постороннего привкуса и запаха. Следует отметить, что образцы из электростимулированного мяса были не переварены, более сочные за счет повышения ВСС конины. В связи с тендеризующим эффектом электростимуляции стерилизованная конина была менее жесткой по сравнению с контролем, это подтверждается исследованием усилия среза готового продукта.
Усилие среза образцов стерилизованной электростимулированной охлажденной конины на 7 % ниже контрольного значения, а в образцах электростимулированной парной - на 9 % (рис. 14).
Совокупность результатов исследований показала, что данный вид электрофизического метода обработки мяса способствует ускорению автолитических изменений в конине, позволяет использовать парное мясо в производстве натуральных консервов, а также повысить качество натуральных консервов из охлажденного мяса.
Обработка парной конины электрическим током низкого напряжения позволяет получить мясные консервы, удовлетворяющие требованиям нормативной документации.
Опытно-промышленная апробация
В данной работе на основе экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях была усовершенствована технология производства стерилизованных консервов из конины и выявлены следующие преимущества: органолептической оценкой выявлены нежная консистенция, сочность, выраженный вкус и аромат консервов из охлажденной электростимулированной конины, возможность использования мяса в парном состоянии после электростимуляции для изготовления стерилизованных консервов.
Усовершенствованная технология предусматривает НВМЭС конских полутуш сразу после убоя и разделки.
Рекомендуемая общая технологическая схема производства стерилизованных натуральных консервов представлена на рисунке 22.
Для производства консервов используются полутуши, обработанные электрическим током напряжением 36 В в течение (3 - 4) мин (Е = 240 В/м), частота 50 Гц, длительность импульсов по (0,3 - 0,4) с и перерывы между ними по (0,5 — 0,6) с, не позднее 45 мин после убоя.
Установка непрерывного действия для НВМЭС парных полутуш разработана на кафедре «Технология мясных и консервированных продуктов» Восточно-Сибирском государственном технологическом университете и внедрена на ОАО «Бурятмясопром».
Производственная установка состоит, из несущей конструкции с трубчатыми электродами из нержавеющей стали диаметром 30 мм и электростимулятора, включающего в себя трансформатор, управляющую схему и сигнальные лампы.
Конские полутуши по подвесному пути после распиловки поступают по ходу движения конвейера на трубчатые электроды. Под действием собственного веса полутуши плотно прилегают к электродам, отклоняясь от вертикали на 7 градусов.
Затем полутуши, обработанные электрическим током, проходят операции технологического процесса их переработки.
Охлажденные полутуши (с температурой в толще мышц (0- -2) С), а также парные полутуши (с температурой в толще мышц не менее 35С) направляют в сырьевое отделение консервного завода для обвалки и жиловки.
Затем мясо жилуют, удаляя грубые соединительнотканные образования, крупные сосуды, железы, хрящи и кости. При жиловке мясо нарезают на куски массой до 2 кг и более для последующей машинной резки.
Куски мяса, нарезанные массой (30 — 200) г, закладывают в банки вместе с солью, специями.
Дальнейшие операции проводятся в соответствии с технологической инструкцией ОСТ 49 62-83 по производству натурально-кусковых консервов из конины.
Продолжительность всего процесса, начиная с момента убоя и кончая загрузкой банок в автоклавы при использовании парного сырья не должна превышать двух часов.
Микробиологические исследования показали, что образцы консервов соответствуют требованиям промышленной стерильности.
Качественная характеристика консервов представлена в таблице 10.
Таким образом, опытно-промышленная апробация результатов экспериментальных исследований доказала возможность использования парной конины в производстве стерилизованных натуральных консервов, а также повышение качества готового продукта при применении электростимулированного охлажденного конского мяса.
При дегустации был проведен внешний осмотр банки, который показал, что натуральные консервы из электростимулированного и нестимулированного мяса в парном охлажденном состоянии по внешнему виду соответствуют стандарту, активных и пассивных подтеков, ржавчин и птичек не обнаружено.
На основании проведенных исследований была апробирована в промышленных условиях технология производства стерилизованных консервов, подготовлен проект нормативной документации на консервы мясные «Конина тушеная из электростимулированного мяса» (ТУ 9216-065-02069473-2007) и проведена апробация технологии в условиях консервного завода ОАО «Бурятмясопром».
