Использование низкоинтенсивной акустической обработки в процессах биотрансформации мясного сырья

УДК 637.5.03:53.043

Использование низкоинтенсивной акустической обработки

в процессах биотрансформации мясного сырья

Т. Н. Данильчук, д-р техн. наук, профессор; И. А. Рогов, д-р техн. наук, академик РАН, профессор; Г. Г. Абдрашитова, канд. техн. наук, доцент Московский государственный университет пищевых производств

Излишняя жесткость некоторых видов мясного сырья приводит к понижению потребительских свойств готовых продуктов. Для получения сочных и нежных мясных продуктов из сырья со значительным содержанием соединительной ткани и сырья с повышенной жесткостью целесообразным представляется модифицировать его функционально-технологические свойства протео-литическими ферментными препаратами. Новым и перспективным направлением в пищевых технологиях является использование крайне низких доз физических факторов воздействия для интенсификации процессов ферментации пищевого сырья [1, 2].

В статье [3] авторы настоящей работы показали эффективность применения низкоинтенсивной электроконтактной обработки в совокупности с ферментацией для получения на основе пшеничной клетчатки наполнителя с улучшенными функционально-технологическими свойствами. Добавление такого наполнителя в мясной фарш способствовало повышению качества готового продукта и позволило более эффективно использовать дорогостоящее мясное сырье за счет большего его выхода. Действие ферментов можно усилить также и акустической обработкой низкой мощности при наиболее эффективных ее режимах.

Цель нашей работы - исследование возможности модификации функционально-технологических

свойств жесткого мясного сырья и сырья с большим содержанием соединительной ткани совместным действием протеолитических ферментов и низкоинтенсивной акустической обработки.

В опытах in vitro исследовали ферментацию мяса индейки и баранины. Мясо индейки рассматривалось в качестве модельной системы ферментативного гидролиза жесткого мясного сырья. Мясо баранины рассматривалось как сырье для приготовления ветчинных изделий. Использовали протеолитические ферментные препараты различной природы:

препарат растительного происхождения «Карипаин» (папаин);

препарат животного происхождения «Пепсин говяжий».

Обоснованность выбора заключалась в следующем: ферментный препарат пепсина является физиологичным и соответственно безопасным для применения в пищевой отрасли. Ферментный препарат папаина достаточно распространен, доступен, безопасен для здоровья человека (применяется в медицинской практике), универсален в своем действии.

Акустическую обработку проводили с использованием специально сконструированной установки. Мощность воздействия составляла Wуд = 10-9 Вт / кг (» 10-10 Вт/см2), продолжительность - 10 мин. Ферментативный гидролиз мясного сырья проводили в течение 2 ч. Действие ферментов инактивировали путем нагрева.

Массовую долю влаги в образцах устанавливали путем высушивания навески в сушильном шкафу при 150 °С до постоянного веса; массовую долю белка определяли по методу Кьельдаля путем минерализации органических соединений исследуемых объектов с последующим определением общего азота по количеству образовавшегося аммиака. Использовали полуавтоматический прибор «Кьельтек» фирмы «Текатор» (Швеция). Анализ содержания жира проводили в соответствии с ГОСТ 23042-86 путем многократной экстракции жира на аппарате Соксле-та растворителем из подсушенной навески образца с последующим удалением растворителя и высушиванием жира до постоянной массы. Общее содержание минеральных веществ выявляли озолением навески в муфельной печи при 500-800 °С. Для оценки величины водосвязы-вающей способности (ВСС) использовали метод Грау в модификации ВНИИМП, основанный на расчете количества свободной и слабосвязанной влаги, выделяющейся из образца при легком его прессовании.

Влагоудерживающую способность (ВУС) определяли с использованием молочного жиромера по массе выделившейся влаги в процессе нагревания образца на водяной бане при температуре кипения воды. Потерю массы при термообработке устанавливали путем взвешивания исследуемых образцов до и после термообработки. Величину рН измеряли потенциометрическим методом в водной вытяжке, приготовленной 1:10, на рН-метре HANNA HI 98103. Предельное напряжение сдвига (ПНС) определяли путем пенетрации коническим индентором поверхности образца с использованием полуавтоматического пенетрометра. Повторность опытов - не менее четырех.

Для проведения биотрансформации важным представлялось выявление оптимальных доз введения ферментного препарата. В этой связи были проведены исследования ферментативной модификации мясного сырья с использованием следующих концентраций (с) ферментных препаратов: 0,05 %; 0,1 %; и 0, 15 %. Куски цельного мяса заливали раствором препарата и выдерживали в течение 2 ч. Контрольные образцы выдерживали в воде при той же экс-

Таблица 1

Функционально-технологические характеристики образцов мяса до и после ферментации

Мясное сырье Концентрация препарата, % Содержание влаги, % ВСС, % рн Термопотери, %

Контроль 90,2 70,2 6,38 37,9

Голень «Карипаин» (0,05) 82,6 79,6 6,44 35,1

индейки «Карипаин» (0,1) 81,7 73,7 6,43 36,8

«Карипаин» (0,15) 81,9 72,8 6,41 37,1

Контроль 78,1 61,5 5,38 25

Баранина односортная «Пепсин говяжий» (0,05) 77,2 67,6 5,42 22,1

«Пепсин говяжий» (0,1) 78,3 66,3 5,40 24,9

«Пепсин говяжий» (0,15) 76,9 61,7 5,39 25

Таблица 2

Анализ образцов мяса голени индейки после термической обработки

Образец Содержание влаги,% ВУС, % к контролю Потеря массы после термообработки, % ПНС, кПа

Контроль 64,5 100 38 9,2

№ 1 66,8 126 35 4,6

№ 2 69,1 151 31 2,9

позиции. Результаты экспериментов приведены в табл. 1. Из нее видно, что массовая доля влаги в контрольных образцах выше, чем в обработанных растворами ферментных препаратов опытных образцах. Прежде всего, это связано с тем, что вследствие осмотических процессов вода проникает в клетки из окружающей среды в более значительных количествах при понижении в ней концентрации растворенных веществ. Для опытных образцов не выявлено четкой зависимости содержания влаги от концентрации препарата. Это можно объяснить тем, что растворы ферментных препаратов являются коллоидными системами, для которых величины осмотического давления крайне малы и регистрация уровня изменения таких величин затруднительна [4].

У всех опытных образцов ВСС существенно выше, чем у контрольных, и имеет тенденцию к увеличению с уменьшением концентрации ферментного препарата. Для мяса индейки, обработанного растворами препарата «Карипаин», это увеличение составляет 11,1-18,6%, для мяса баранины, обработанного растворами препарата «Пепсин говяжий», -1,4-8,8 % в зависимости от концентрации препарата. С увеличением концентрации это соотношение уменьшается.

Процесс ферментации мясного сырья способствует снижению термопотерь. Наименьшие термопотери наблюдались у образцов, обработанных ферментными препаратами с концентрацией 0,05%.

На показатели химического состава образцов (содержание белка, жира, минеральных веществ) и на значение показателя рН концентрация ферментного препарата не оказывала значительного влияния.

Таким образом, ферментацию мясного сырья с использованием протеолитического ферментного препарата как животного, так и растительного происхождения лучше проводить при с < 0,05%. Увеличение концентрации не способствует существенному улучшению химических и функционально-технологических свойств сырья, но приводит к уменьшению выхода готового продукта и увеличению его себестоимости.

Полученные результаты подтверждаются литературными данными

[5-7]. Некоторые авторы считают, что использование более высоких доз препаратов требует строгой регламентации режимов обработки и может негативно повлиять на ор-ганолептические показатели продуктов.

Учитывая изложенное выше, а также экономические показатели (стоимость ферментного препарата, уменьшение потери массы при термообработке) и проблемы экологического характера (утилизация отходов), дальнейшие эксперименты по биотрансформации мясного сырья проводили с использованием растворов препаратов при концентрации 0,05%.

Для проведения исследований в качестве модельной системы было выбрано мясо голени индейки, имеющее более жесткую консистенцию по сравнению с другими частями тушки. Модификацию свойств сырья проводили по двумя способами:

- ферментация (выдерживание в растворе препарата «Карипаин» в течение 2 ч) - образец 1,

- совместное действие ферментации и низкоинтенсивной акустической обработки (выдерживание в растворе препарата «Карипаин» в течение 2 ч с обработкой на начальном этапе звуком) - образец 2. Использовали частоту 1000 Гц, выявленную в предварительно про-

веденных экспериментах в качестве наиболее благоприятной для усиления активности протеолитических ферментов растительного происхождения.

Модельные образцы (контрольный и модифицированные) были подвергнуты термической обработке в целях доведения мяса до кулинарной готовности. Результаты экспериментов приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что содержание влаги изменяется в следующей последовательности: образец № 2 > образец № 1 > контрольный образец. Дополнительное акустическое воздействие усиливает способность мясной системы удерживать влагу. Соответственно образец, подвергнутый ферментативному и акустическому воздействию, обладает меньшими потерями при термообработке и более высоким показателем влагоудерживающей способности (ВУС). Численный показатель структурно-механических свойств контрольного образца заметно уступает показателям образцов № 1 и № 2. Самое низкое значение предельного напряжения сдвига (ПНС) имеет образец № 2, подвергнутый комплексному воздействию фермента и звука. Таким образом, показана эффективность низкоинтенсивной акустической обработки для усиления действия протеолитических пре-

Таблица 3

Анализ образцов сырого мяса баранины

Образец Содержание влаги, % ВСС, % рН ПНС, кПа

Контроль 81,12 54,6 5,34 4,23

№ 3 77,23 60,5 5,43 3,62

№ 4 76,21 66,3 5,51 3,21

Таблица 4

Показатели готового продукта

Характеристика продукта Контроль Образец № 3 Образец № 4

Содержание минеральных веществ, % 1,03 1,14 1,14

Содержание влаги, % 77,17 78,32 79,89

Содержание жира, % 1,52 1,45 1,73

Содержание белка, % 19,13 18,69 18,82

ПНС, Па 4,61 4,52 3,39

Значение рН 6,03 5,95 6,12

Содержание остаточного нитрита, мг / 100 г (2,9+0,01М0-3 (2,9+0,01М0-3 (2,9+0,01М0-3

Содержание соли, % 2,04 2,04 2,21

Органолептическая оценка 4,70 4,73 4,95

Таблица 5

Результаты органолептического анализа образцов вареного продукта

из баранины

Образец Показатели качества по 5-балльной шкале

Внешний вид Консистенция Сочность Аромат Вкус Цвет Средний балл

№ А 4,8 4,8 4,5 4,9 4,9 4,9 4,8

№ Б 4,7 4,7 4,4 4,7 4,9 5,0 4,7

№ В 4,8 5,0 5,0 5,0 4,9 5,0 4,9

паратов в мясных системах, что приводит к значительному увеличению нежности мяса.

Баранина использовалось в качестве сырья для приготовления ветчинных изделий. Выбор сырья определялся тем, что мясо баранины содержит больше соединительной и хрящевой тканей, чем мясо говядины и свинины. В этом случае использование ферментации является вполне оправданным. С учетом того, что продукт должен соответствовать ГОСТ в отношении требований к сырью и материалам, для проведения ферментативной модификации использовали препарат «Пепсин говяжий», показатели качества которого (энзимологические, химико-аналитические, учет технически вредных микроорганизмов) регулируются по ГОСТ Р 52688-2006 [8].

По аналогии с мясными модельными системами использовали два способа ферментативного гидролиза мясного сырья:

- ферментация (выдерживание в растворе препарата «Пеп-

син говяжий» в течение 2 ч) - образец 3,

- совместное действие ферментации и низкоинтенсивной акустической обработки (выдерживание в растворе препарата «Пепсин говяжий» течение 2 ч с обработкой на начальном этапе звуком) - образец 4. Обработку проводили при частоте 200 Гц, выявленной в ранее проведенных экспериментах [9] в качестве наиболее эффективной для усиления активности этого препарата.

Показатели сырого мяса баранины до и после модификации приведены в табл. 3. Видно, что по основным показателям (ВСС, рН, ПНС) образец № 4, подвергнутый совместному действию фермента и низкоинтенсивной акустической обработке, значительно превосходит не только контрольный образец, но и образец № 3, где использовалась только ферментация.

Показатели готового продукта (ветчины), полученного из модифицированного и немодифициро-ванного мяса баранины приведены

в табл., 4. Видно, что использование акустического воздействия в совокупности с ферментацией позволяет улучшить качество готового продукта.

Проведена органолептическая оценка (табл. 5) вареного продукта из баранины в форме «Ветчина Восточная» (образец № В) с использованием ферментного препарата «Пепсин говяжий» (раствор, концентрация 0,05%) и акустической обработки в течение 10 мин при мощности звука 10-9 Вт/кг и частоте 200 Гц. В качестве контроля брались образцы № А и № Б. Образец № А изготовлен по действующей технологии выработки ветчинных изделий, образец № Б - с применением раствора препарата «Пепсин говяжий».

Как видно из таблицы, опытный образец № В, обработанный совместно ферментом и акустическим воздействием, получил наиболее высокую оценку по сравнению с контрольными образцами № А и № Б. Дегустаторы также отметили, что образцы № Б и № В обладают лучшими цветовыми характеристиками. По вкусу образец № В не уступает образцам № А и № Б, а по таким показателям, как консистенция, сочность, аромат, превосходит оба контрольных образца. Некоторые дегустаторы отметили в опытном образце не только более нежную консистенцию, но и более высокую степень размягчения.

На основании экспериментальных данных предложен способ совместного применения протеолитических ферментов и низкоинтенсивной акустической обработки для модификации свойств мясного сырья. Использование комплексной обработки приводит не только к улучшению потребительских свойств готового продукта, но и к увеличению его выхода: на 18% в сравнении с контрольным образцом и на 11% - в сравнении с образцом, подвергнутым только ферментации. Кроме того, новый вид воздействия легко встраивается в типовые технологии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рогов, И. А. Перспективы использования нетрадиционных физических факторов воздействия в процессах переработки пищевого сырья/ И. А. Рогов // Сборник научных трудов III Международного форума «Инновационные

технологии обеспечения безопасности и качества продуктов питания. Проблемы и перспективы». - М.: Издательско-полиграфический центр МГУПП, 2014. -С. 112-114.

2. Данильчук, Т. Н. Электроконтактная обработка в технологии проращивания ячменя на солод / Под ред. доктора технических наук, академика РАН И. А. Рогова. М.: ООО «Франтера», 2013. - 144 с.

3. Данильчук, Т. Н. Модификация свойств пшеничной клетчатки совместным действием ферментации и электрического тока/Т. Н. Данильчук, И. А. Рогов, Г. Г. Абдрашитова // Пищевая промышленность. - 2015. - № 8. - С. 8-11.

4. Конюхов, В. Ю. Физическая и коллоидная химия. Часть II. Коллоидная

химия. Учебное пособие для технологических специальностей пищевых производств высших учебных заведений/Под ред. В. Ю. Конюхова и К. И. Попова. - М.: Издательство МГУПП, 2007. - 342 с.

5. Антипова, Л. В. Влияние ферментативной обработки на гистострукту-ру и свойства конины/ Л. В. Антипова, Л. А. Зубаирова, О. С. Першина // Мясная индустрия. - 2005. - № 1. -с. 82-84.

6. Кащенко, Р. В. Разработка способа ферментативной обработки коллаген-содержащего сырья и его применение в технологии вареных колбас. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук/Р. В. Кащенко. - М., 2007. - 23 с.

7. Кузнецова, Т. Г. Научно-практические основы структурообразова-ния мясопродуктов из сырья различного качества в условиях направленных биотехнологических воздействий. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора ветеринарных наук/ Т. Г. Кузнецова. - М., 2007. -42 с.

8. ГОСТ Р 52688-2006. Препараты ферментные молокосвертывающие животного происхождения сухие. Технические условия.

9. Данильчук, Т. Н. Влияние низкоинтенсивной акустической обработки на свойства препарата «Пепсин говя-жий»/Т. Н. Данильчук, В. А. Шепелев // Сыроделие и маслоделие. - 2011. -№ 6. - С. 37-39.

Использование низкоинтенсивной акустической обработки в процессах биотрансформации мясного сырья

Ключевые слова

акустическая обработка; качество готового мясного продукта; ферментативный гидролиз; функционально-технологические свойства мясного сырья

Реферат

Экспериментально доказана эффективность применения низкоинтенсивной акустической обработки для усиления ферментативного гидролиза жесткого мясного сырья и мясного сырья с большим содержанием соединительной ткани. Модификации подвергали мясо индейки в качестве мясной модельной системы и мясо баранины в качестве сырья для приготовления ветчинных изделий. Использовали протеолитические ферментные препараты различной природы: препарат растительного происхождения «Карипаин» и препарат животного происхождения «Пепсин говяжий». Ферментативный гидролиз мясного сырья осуществляли в течение 2 ч. Действие ферментов инактивировали путем нагрева. Акустическую обработку проводили на начальной стадии ферментации. Мощность воздействия составляла W = 10-9 Вт/кг (« 10-10 Вт/см2), продолжительность - 10 мин. В статье приведено сравнение функционально-технологических свойств мясного сырья до и после ферментации, а также после ферментации, усиленной действием звука (комплексная обработка). Показано, что использование совместного действия ферментов и звука позволяет улучшить качество готового продукта и увеличить его выход на 18 % в сравнении с контрольным образцом и на 11% - в сравнении с образцом, подвергнутым только ферментации. Установлено, что ферментацию мясного сырья целесообразнее проводить при концентрациях ферментных препаратов с < 0,05 %. Увеличение концентрации не способствует существенному улучшению химических и функционально-технологических свойств сырья, но приводит к уменьшению выхода готового продукта и увеличению его себестоимости. По результатам органолептического анализа, опытный образец, подвергнутый комплексной обработке, получил наиболее высокую оценку по таким показателям, как консистенция, сочность, аромат. На основании экспериментальных данных предложен способ совместного применения протеолитических ферментов и низкоинтенсивной акустической обработки для модификации свойств мясного сырья. При этом новый вид воздействия легко встраивается в типовые технологии.

Авторы

Данильчук Татьяна Николаевна, д-р техн. наук, профессор; Рогов Иосиф Александрович, д-р техн. наук, академик РАН, профессор; Абдрашитова Галина Газизовна, кандидат техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д.1, danil_tn@mail.ru, rogov@mgupp.ru, аЬ^а$Ы1:оуа53@таП

Use of Low-Level Acoustic Treatment in the Process of Raw Meat Biotransformation

Key words

acoustic treatment; the quality of the finished meat product; enzymatic hydrolyses; functional and technological properties of raw meat material

Abstracts

Experimentally proved the effectiveness of low-intensity acoustic treatment to enhance enzymatic hydrolysis of coarsely meat raw materials and meat raw materials with high content of connective tissue. Turkey meat as meat model systems and meat of lamb as raw materials for making ham products were subjected to modification. A proteolytic enzyme preparations of different nature were used: the drug of vegetable origin «Caripain» and the drug of animal origin «Beef pepsin». Enzymatic hydrolysis of raw meat was carried out for 2 hours. The action of the enzymes was inactivated by heating. Acoustic processing was performed at the initial stage of fermentation. The power of the impact was Wyg = 10-9 W/kg (« 10-10 W/cm2), duration - 10 min. The article presents the comparison of functional and technological properties of meat raw material before and after fermentation, and after fermentation, enhanced the effect of sound (integrated processing). It is shown that the joint using of enzymes action and sound can improve the quality of the finished product and increase its output by 18% in comparison with the control sample and 11% in comparison with the sample processed only by fermentation. It is established that the fermentation of raw meat material was best conducted at concentrations of enzyme preparations with < 0,05 %. The increasing concentration not significantly improved chemical and functional and technological properties of raw materials, but leads to reduction of output and increase its cost. According to the results of sensory evaluation of the experimental sample, subjected to joint treatment, was received the highest rating by such indicators as the texture, the juiciness, the flavor. Based on the experimental data the method of applying the joint action of proteolytic enzymes and low-intensity acoustic treatment to modify the properties of raw meat material was offered. The new impact can be easily integrated in standard technology.

Authors

Danilchuk Tatyana Nikolaevna, Doctor of Technical Science, Professor; Rogov losif Alexandrovich, Doctor of Technical Science, Academician of RAS, Professor; Abdrashitova Galina Gazizovna, Candidate of Technical Science, Docent

Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoye Shosse, Moscow, 125080,

danil_tn@mail.ru, rogov@mgupp.ru, abdrashitova53@mail