Неразрушающие методы контроля качества мяса и мясных продуктов

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МЯСА И МЯСНЫХ ПРОДУКТОВ

Н. А. Горбунова, канд. техн. наук ГНУ ВНИИМП им. В. М. Горбатова

По материалам 59-го Международного конгресса мясной науки и технологии, Турция, 2013 г.

П настоящее время в мировой практике получают В распространение объективные неразрушающие методы контроля и прогнозирования качества и безопасности мясного сырья и продуктов.

УДК 637.5.07 Ключевые слова: мясо,

неразрушающие методы, методы контроля, методы контроля мясных продуктов.

В рамках работы 59-го Международного конгресса мясной науки и технологии (59Ш ICoMST) (Турция, Измир) рассматривались подходы и новейшие исследования, направленные на разработку методов оценки качества мясных продуктов на базе электрофизических методов, в частности, электромагнитных волн различных диапазонов длин волн, ядерно-магнитного резонанса, инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений и др. Некоторые из этих методов находятся в переходной стадии от исследовательских работ к практическому использованию для прогнозирования и контроля качества мяса и мясных продуктов на всех этапах производственного процесса, чтобы гарантировать высокое качество мясной продукции для потребителей [1].

Наиболее активно для изучения свойств и оценки качества мяса используются электромагнитные волны низкой частоты. На низких частотах клеточные мембраны мяса являются непроводящей средой, а внутриклеточная жидкость выступает в качестве внутреннего электролита и дает возможность замера электроемкости при индуцировании переменного электрического тока. Простейший прибор для измерения биоимпеданса состоит, фактически, только из гене-

ратора низкой частоты, пары электродов и панели для визуализации результата и с его помощью измеряют содержание жира в туше животного и мясе, соли в продукте (данный принцип измерения заложен в основе работы приборов типа «электронный язык»; определяет дефекты качества мяса PSE и DFD), проводят оценку созревания мяса и его термического состояния.

Применение одного из методов радиоспектроскопии - ядерного магнитного резонанса (ЯМР) - в мясной промышленности зависит от того, какое вещество с ненулевым магнитным моментом ядра используется для резонансного поглощения электромагнитной энергии. Были получены положительные результаты использования ЯМР для оценки и прогнозирования водоудерживаю-щей способности мяса (с помощью ядер атома водорода 1Н). ЯМР атома водорода ядра 31Р применяется, главным образом, для оценки посмертных изменений в мышечной ткани мяса, контроля введения фосфорных соединений с рассольными препаратами в мясо, ядра атомов натрия 2:№ - для количественного определения соли и качества посола мясной и рыбной продукции [1].

Исследовалось применение ЯМР для выявления диоксинов в говядине, особенно в жировой ткани; изу-

чения изменений, происходящих при замораживании свинины, для идентификации пород свиней; определения содержания жира и количественного состава жиров.

Сочетание ЯМР и магнитно-резонансной томографии, а также ИК-из-лучения позволяет исследовать ароматообразование в процессе созревания мяса и его технологической обработки. За рубежом проведены исследования аромата свинины от животных с разными уровнями пре-дубойного стресса, прогнозирования сенсорного качества колбасных изделий, а также вторичных структурных изменений белков в мясных продуктах во время созревания, посола, термической обработки [1].

Магнитно-резонансная томография, основанная на измерении электромагнитного отклика ядер атомов водорода на возбуждение их определённой комбинацией электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости, как метод использования ЯМР применяется для изучения явлений, происходящих при тепловой обработке мясных продуктов: распределение температур, влаги по объему продукта; исследования вязкоупругих свойств мясных продуктов и сырья; характера распределения внутримышечного жира; изучения типов и диаметров мышечных волокон.

Бельгийские ученые [2] исследовали возможность применения спектроскопии в ближней инфракрасной области (NIR) для сортировки свинины по группам качества (NOR и PSE). Исследования проводили при длине волны от 4500 до 9500 см-1 на мышцах свинины: 30 образцов Longissimus dorsi (LD) и 16 образцов Semimembranosus (SM).

Ими показано, что использование NIR-спектроскопии перспективно как средство определения свинины PSE через 24 ч после убоя и обеспечивает высокую достоверность результатов: для мышц LD и SM 90% и 93,3%, соответственно.

В Институте пищевых продуктов и биотехнологий (Ирландия, г. Белфаст) [3] установлена возможность использования NIR-спектроскопии в ближнем инфракрасном свете для оценки сезонного влияния и влияния рациона кормления на качество мяса ягнят. Исследования проводили на 67 образцах мышцы Longissimus dorsi ягнят: в апреле кормление осуществляли комбикормами, в июне - сочетанием комбикормов и травы, в июле - только травой. Были определены типичные NIR-спектры для постной ягнятины и подкожного жира, и на основе проведения факторного дискриминантного анализа установлена достоверность метода - 68% для ягнятины и 88% для подкожного жира. Содержание внутримышечного жира (г/100 г) составило: апрель 3,2 ± 0,7б0, июнь -3,0 ± 0,767; июль 2,9 ± 0,869 при соотношении w6:w3 жирных кислот 7,68 ± 1,561; 6,07 ± 2,285; 1,22 ± 0,098, соответственно.

Рентгеновское излучение (Х-лучи) в настоящее время применяется для исследования соотношения жировой и костной ткани в мясе, наличие инородных включений в продуктах и др.

Учеными IRTA и Университета Валенсии (Испания) представлены результаты определения состава окорока сухого посола, полученные с использованием рентгеновской абсорбциометрии и ультразвукового метода, и проведено сравнение

эффективности их применения [4]. Принцип рентгеновской абсорбцио-метрии основан на свойствах неоднородных тканей уменьшать энергию рентгеновских лучей, которая, проходя через тело, поглощается пропорционально составу, толщине и плотности тканей.

При проведении исследований оценивалось содержание соли и жира в 20 образцах тазобедренной части свинных туш, полученных от пород крупная белая и ландрас.

Рентгеновская абсорбциометрия проводилась при трех режимах (90 кВ и 4 мА, 70 кВ и 8 мА, 50 кВ и 15 мА). Образцы оценивались по коэффици-

енту поглощения энергии; скорость ультразвука измерялась при 2 и 15 °С. Рентгеновская абсорбциометрия показала более точную оценку содержания жира и соли, чем УЗИ, а также позволила классифицировать образцы по трем группам содержания соли (низкое, среднее, высокое) с точностью 80%.

Применение фазово-контрастной рентгеновской томографии является перспективным направлением не только для проведения качественных, но и количественных исследований изменений, происходящих в мясе под действием нагрева [5].

В исследованиях, проведенных датскими учеными, образцы сырой говядины m. Semimembranosus были помещены в микропробирку 1,5 мл

типа Эппендорф. После исследования сырого образца говядины образец в пробирке помещался на водяную баню, температура воды доводилась до температуры кипения и образец выдерживали на водяной бане ещё на 15 минут. После тепловой обработки образец говядины охлаждали в ванне с холодной водой в течение 15 минут.

На рис. 1 представлена структура образцов сырой и вареной говядины, полученная с помощью фазово-кон-трастной рентгеновской томографии.

В образце сырого мяса (рис. 1, А) мышечные волокна представлены серыми зонами, тогда как соедини-

тельная ткань, главным образом, пе-римизий, рассматривается как более светлые (практически белые) области.

Маленькие черные пятна являются внутримышечным жиром. Темно-серые пятна у края образца представляют водную фазу.

Вследствие тепловой обработки изменения в электронной плотности компонентов мышц приводят к изменению цвета термообработанных образцов (рис.1, В) по сравнению с образцом сырой говядины. В образце, подвергнутом варке, мышечные волокна идентифицируются как белые участки, в то время как в соединительной ткани - светло-серыми областями.

Наиболее значительные изменения в структуре вареного образца

Рисунок 1. Структурные изображения образцов говядины, полученные методом фазо-во-контрастной рентгеновской томографии. А - сырая говядина, В - вареная говядина.

- усадка как общего объема, так и отдельных волокон. Тепловая обработка вызывает изменения состава компонентов мышечных волокон, появляются дополнительные различия в структуре двух видов соединительной ткани, что позволяет измерять отдельно количество перемизия и эндомизия. Эндомизий сжимается, что приводит к увеличению его плотности, в то время как плотность пе-ремизия снижается из-за частичной растворимости.

Таким образом, фазово-контраст-ная рентгеновская томография дает возможность исследовать структурные изменения в мясе, вызванные технологической обработкой, и количественно их оценить. Так, в исследованных образцах говядины распределение отдельных структурных компонентов составило: для сырой говядины: вода - 2,72%, мышечные волокна - 87,81%, соединительная ткань - 9,47%; для вареной говядины: вода - 22,05%, мышечные волокна - 55,32%, соединительная ткань -22,62%.

Совместные исследования G. Nieto, Y.L. Xiong, G. Ros, F.A. Payne и M. Castillo (Университет г. Мурсия, Испания и Университет Кентукки, США) позволили оценить возможность использования светового волоконно-оптического сенсора с излучением, рассеянным в обратном направлении, как нового инструмента для прогнозирования стабильности эмульсий из свинины [6].

Для этого специально была разработана волоконно-оптическая система измерения, в которой используется миниатюрный оптоволоконный спектрометр для определения интенсивности света в диапазоне длин волн 300-1100 нм на различных радиальных расстояниях (2, 2,5 и 3 мм) от источника света в эмульсии свинины с двумя уровнями содержания жира (15, 30%) и двумя уровнями (0, 2,5%) содержание гидролизован-ного картофельного белка, внесенного в эмульсию.

Исследования базировались на предварительной гипотезе, что в про-

цессе приготовления мясной эмульсии размеры частиц измельчаемого мяса влияют на ее стабильность, которая достоверно коррелирует с цветом, полученным в световом излучении, рассеянным в обратном направлении.

Установлено, что показатели, характеризующие текстуру, цвет и окисление липидов приготовленной эмульсии коррелировали с результатами оптических измерений, что свидетельствовало о целесообразности использования оптических технологий для мониторинга в режиме реального времени физико-химических изменений, происходящих во время процесса эмульгирования мяса, которые позволили бы улучшить стабильность эмульсии мяса.

Совместные исследования ученых Японии и Тайваня позволили с помощью рамановской спектрометрии изучить кристаллическую структуру жировой ткани свиней. Кристаллическое состояние жиров в значительной степени влияет на физические свойства, такие как механическая прочность и температура плавления жиров, и, как следствие, качество пищи. В мясной промышленности, до настоящего времени, кристаллическое состояние жира в тканях мяса практически не исследовалось [7].

Образцы для исследования отбирались от внутреннего слоя (толщиной примерно 1 см) подкожной жировой клетчатки свиней с живым весом 93,4 кг пород и породосочетаний лан-драс х крупная белая и дюрок.

Рамановский спектр длины волны лазера составлял 532 нм, мощность лазера возбуждения - 5 МВт, времени накопления сигнала -10 с.

От каждого спектра была рассчитана кристалличность, определяемая как доля (в %) кристаллических (упорядоченных) областей в общей совокупности упорядоченных и неупорядоченных областей.

Было установлено наличие полиморфных форм - в' - свиного жира, которые различались характером по-

строения кристаллической решетки, удельным объемом, конфигурацией и величиной кристаллов, температурой плавления.

В образце жира после подготовки проб кристалличность составила 43%, после охлаждения до 3,8 °C и хранения 24 ч - 45%, через 2 месяца хранения при минус 20 °C - 54%.

Поскольку кристаллизация представляет собой кинетический процесс, фактор времени существенно влияет на развитие жировых кристаллов и, поэтому целесообразно кристалличность жира определять через 2 месяца хранения. Авторами установлено, что имеются существенные различия в кристалообразовании формы в' обоих образцах подкожного жира в образцах без хранения и через 2 месяца хранения. Среднее значение кристалличности для обоих образцов составляло 27%, однако через 2 месяца хранения разброс достигал 10-41%, а для образцов без хранения 22-34%. Таким образом, применение рамановской спектрометрии может выявить, каким образом идет развитие кристаллов в жировой ткани мяса и проводить оценку её физических свойств.

Исследования специалистов института им. Макса Рубнера (Германия, г. Кульмбах) [8], проведенные c помощью рамановской спектроскопии через 24 часа после убоя на внутренней части тазобедренного отруба (m. Semimembranosus), показали эффективность данного метода для сортировки мяса по восьми группам качества (мяса RFN, PSE, DFD, RSE, PFN и мясо с признаками окисления, а также с тенденцией образования пороков качества PSE и DFD).

Кроме того, при проведении измерений с помощью рамановской спектроскопии на ранних стадиях после убоя можно спрогнозировать целый ряд показателей качества: значение pH24, показатель цвета L*, потери мясного сока через 24 часа после убоя и жесткость мяса (усилие резания) через 72 часа после убоя.

Таким образом, наука о мясе все более широко использует физические

и электрофизические методы как для разработки новых технологий производства мясных продуктов, и для исследования биофизических процес-

сов, происходящих при технологической обработке мяса, так и для контроля качества продуктов. |

КОНТАКТЫ: Наталья Анатольевна Горбунова

+7 (495)676-93-17

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Jean-Louis Damez, Sylvie Clerjon Quantifying and predicting meat and meat products quality attributes using electromagnetic waves: An overview// Meat Science, 2013 December, Vol. 95, Iss. 4, Pages 763-958

2. E. Neyrinck, S. Lescouhier, L. Vermeulen, D. Telleir, I. Fraeye, H. Paelinck, R. Geers, S. De Smet and K. Raes Use of near infrared spectroscopy as selection tool for PSE pork// 59th International Congress of Meat Science and Technology, 2013, Izmir, Turkey, S7В-4

3. C. Kennedy, B. Moss, L. Farmer, A. Fearon, A. Beattie, J. Birnie, A. Gordon The ability of near infrared spectroscopy (NIR) to discriminate seasonal and influences on lamb meat quality// 59th International Congress of Meat Science and Technology, 2013, Izmir, Turkey, S7В-6

4. E. Fulladosa, M. De Prados, J.V García-Perez, J. Benedito, I. Muñoz, J. Arnau and P. Gou Determinftion of dry-cured ham composition using X-ray absorptiometry and ultrasound technologies//59th International Congress of Meat Science and Technology, 2013, Izmir, Turkey, S7В-3

5. R. Miklos, M.S. Nielsen, H. Einarsdottir, R. Lametsch Application of X-ray phase-contrast tomography in quantative studies of heat induced structural changes in meat//59th International Congress of Meat Science and Technology, 2013, Izmir, Turkey, S7В-12

6. G. Nieto, Y.L. Xiong, G. Ros, F.A. Payne, M. Castillo Light backscatter fiber optic sensor: a new tool for predicting the stadility of pork emulsion //59th International Congress of Meat Science and Technology, 2013, Izmir, Turkey, О-18

7. Michiyo Motoyama, Masahiro Ando, Keisuke Sasaki, Hiro-o Hamaguchi Imaging of fat crystals within pork adipode tissue //59th International Congress of Meat Science and Technology, 2013, Izmir, Turkey, S5-25

8. A. Bauer1, A. Petzet, F. Schwagele, R. Scheier, H. Schmidt Towards an online assessment of meat in pork//59th International Congress of Meat Science and Technology, 2013, Izmir, Turkey, S7B-20