СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СРОКА ХРАНЕНИЯ СВЕЖЕГО ОХЛАЖДЕННОГО МЯСА В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
METHOD FOR EXTENSION OF STORAGE LIFE OF FRESH COOLED MEAT IN ELECTROSTATIC FIELD

Изобретение относится к области пищевой промышленности и может быть использовано для увеличения сроков хранения свежего охлажденного мяса животных и птицы в постоянном, электростатическом поле.
По определению, постоянное, однородное поле - это электрическое поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению во всех точках пространства. Приближенно однородным является поле между двумя разноименно заряженными плоскими металлическими пластинами.
Широко известно использование электростатического поля для копчения мяса с целью его длительного хранения. Однако при этом коренным образом видоизменяются свойства и питательная ценность свежего охлажденного мяса.
Известно также применение электростатического поля высокого напряжения для сохранения преимущественно растительной продукции, Шатов А.А., Катусов Д.Н. «Классификация и анализ оборудования для обработки продуктов в электростатическом поле» / Аграрный научный журнал, 2015. №7. С. 55-58.
В этом случае электростатическое поле используют для подавления болезнетворной и гнилостной микрофлоры хранимой продукции, что позволяет увеличить сроки ее хранения. Результаты аналогичных исследований приведены в работе: КУЗНЕЦОВ А.Л. «СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОНСЕРВИРОВАНИЯ ПЛОДООВОЩНОЙ ПРОДУКЦИИ с использованием электростатического поля». Диссертация к.т.н. (ФГБОУ ВО «МГУПП»), Москва - 2017, где показана эффективность подавления болезнетворной микрофлоры при хранении растительной продукции в электростатическом поле напряженностью 55 кВ/м и выше за счет нетермического разрушения мембран клеток микрофлоры на микроуровне.
В этих научных источниках информации нет ссылок на использование электростатического поля для обработки свежего мясного сырья и отсутствуют объективные, корректные пояснения механизма воздействия электростатического поля на структуру свежего охлажденного мяса в процессе его хранения.
В работах: Рогов И.А. «Электрофизические методы обработки пищевых продуктов». М.: Агропромиздат 1989. и Бабакин Б.С. «Научные основы электроконвекции в процессах и аппаратах холодильной техники», диссер. докт. тех наук, Мос. Гос. академия прикладной биотехнологии. М: 1994 г. приводится ряд информационных и предметных ссылок на применение высоковольтного электростатического поля для антисептирования, заморозки и хранения мяса.
2
Суть всех цитируемых способов и средств их реализации заключается в том, что мясо размещают между двумя пластинчатыми или сетчатыми электродами с воздушным промежутком между верхним отрицательным электродом и положительным, заземленным электродом и мясом. Мясо подвергают воздействию высоковольтного электростатического поля напряженностью от 1,0, чаще от 6,0 до 8,5, а иногда, до 12,0×10 кВ/м, путем электроконвективной обработки заряженными аэроионами за счет обдува вентиляторами, например, воздухоохладителей. В этом случае, по сведениям авторов, подавляется болезнетворная микрофлора мяса, изменяются мембранные потенциалы клеток тканей мяса и биохимические реакции в нем, мясо хранится в 1,5-2 раза дольше традиционного способа. Описание глубинного механизма воздействия высоковольтного электростатического поля на клетки тканей мяса отсутствует.
По всей видимости, данное техническое решение нельзя считать точной реализацией постоянного, однородного электростатического поля, ибо в камере хранения происходит конвективное перемешивание заряженного воздуха (аэроионов) в высоковольтном поле и бомбардировка ими поверхностных слоев мяса. При этом достигается определенный положительный эффект по результатам хранения.
В известном применении электростатического поля отсутствуют причинно-следственные механизмы действия поля на межклеточные и внутриклеточные структуры на уровне ядра клетки, ее хромосом и других компонентов, определяющих качество мяса при его хранении.
Согласно патентам РФ №№2638313 и 2640422 и др., реальный, результативный отклик внутриклеточных структур, ответственных за состояние и сроки хранения свежего охлажденного мяса, лежит в плоскости взаимодействия биофизических волновых автолизных и апоптозных процессов клеток по отношению к электрофизическим агентам воздействия на мясо.
Следует отметить, что в фундаментальной работе: Загинайлов В.И. Докторская диссертация, «Электрофизические методы и средства контроля и управления сельскохозяйственными технологиями». ГНУ ВИЭСХ. М. 2007 г. приводятся данные по электрическим потенциалам клеток, которые в состоянии покоя составляют 82,8 мВ, при этом пороговый потенциал перехода клетки в возбуждение равен 47,8 мВ. Значит, все последствия электрофизической обработки происходят уже в диапазоне низковольтного воздействия, а высоковольтная обработка может привести к отрицательным структурным изменениям в мясе, особенно, в его поверхностных слоях.
Известный способ помогает улучшить хранение мяса по сравнению с традиционным - контролем, но обладает высокой энергоемкостью, дорог в реализации и требует охраны обслуживающего персонала от работающего высоковольтного оборудования. Он не учитывает влияния на состояние хранимого свежего охлажденного мяса глубинных внутриклеточных трансформаций на уровне клеточного ядра, которые сопровождают и определяют механизм автолиза и апоптоза, вплоть до порчи мяса.
Наиболее близким - прототипом, предлагаемого авторами изобретения, является способ обработки и хранения свежего мяса по работе: д.т.н., проф. Магадаев Ф.А., и к.т.н. Хамаганова И.В., «Биотехнологическая и электрофизическая обработка мясного сырья». Вестник Восточно-Сибирского Гос. университета технологий и управления, №2 (37) 2012 г.
По прототипу свежее мясо по всей площади образца при прямом контакте игольчатых электродов с мясом обрабатывают низковольтным 36 В электрическим током, частотой 50 Гц, импульсами 0,3-0,4 с, с интервалом между ними по 0,5-0,6 с. в течение трех минут. Мясо хранят при температуре 0-4°С. В режиме низковольтной (36 В) обработки получены положительные результаты хранения мяса по сравнению с контролем без обработки.
Особенность заявленного нового решения состоит в том, что образцы свежего охлажденного мяса, упакованного в электроизолирующую пленку, размещают в низковольтное электростатическое поле, при прямом контакте упаковки мяса с пластинами-электродами, создающими электростатическое поле при напряжении между электродами менее 30 до 12 В. Обработка и хранение свежего охлажденного мяса происходит в зоне электростатического поля постоянного конденсатора. Потери поля восполняют от внешнего источника постоянного низковольтного напряжения.
При контактном воздействии на свежее охлажденное мясо низковольтным током по способу прототипу (36 В) и (30-34 В) по US 9693579 В2, 04.07.2017 происходит изменение ионно-катионного баланса в толще свежего сочного мяса, что приводит к деструктивному изменению его качества и отрицательно влияет на результаты хранения.
Свежее охлажденное мясо хранят при температуре плюс 4°С, а также при комнатной температуре плюс 20°С. Первая температура рекомендована ГОСТ для хранения свежего охлажденного мяса, а вторая принята для сравнительной экспрессной оценки результатов хранения мяса в условиях комнатной температуры. Параллельно проводили хранение образцов свежего охлажденного мяса в тех же температурных условиях в отсутствии электростатического поля (контроль), а также по способу-прототипу при обработке мяса импульсным низковольтным источником тока.
Новизна предлагаемого технического решения в сравнении с аналогами и прототипом заключается в том, что используется обработка и хранение охлажденного мяса в низковольтном постоянном электростатическом поле, а аналоги используют сильное высоковольтное электростатическое поле. Значение низковольтного напряжения постоянного электростатического поля для обработки и хранения свежего охлажденного мяса по новому способу в диапазоне менее 30 до 12 В ниже, чем в-прототипе 36 В, к тому же, в способе - прототипе применяют импульсную обработку мяса.
Таким образом, в новом способе используется щадящий режим воздействия на образцы свежего охлажденного мяса, при этом исключается возможность структурного изменения, в особенности, верхних его слоев.
В результате проведенных исследований нового способа в сравнении с контролем и прототипом в диапазоне низковольтного электростатического поля с напряжением между электродами от 3 до 50 В установлены оптимальные граничные значения низковольтной обработки и хранения свежего охлажденного мяса кур, говядины и свинины в электростатическом поле с напряжением между электродами менее 30 до 12 В.
Снижение значения низковольтной обработки свежего охлажденного мяса ниже 12 В приводит к сближению данных по его хранению с прототипом. Очевидно, это связано с экранирующим действием материала пленочной упаковки при низком потенциале напряжения. В то же время, превышение значения низковольтной обработки в 30 В и выше не дает видимого положительного эффекта хранения по сравнению с прототипом. Возможно, это связано с насыщением поверхностей мяса и упаковочной пленки поляризованными биомолекулами мяса и полимерными молекулами упаковочной пленки электростатическим (наведенным) зарядом, нивелирующим воздействие на мясо электростатического поля.
В результате опытов, авторами было установлено, что верхняя граница напряжения характерна для образцов свежей охлажденной свинины причем, для свеже охлажденной свинины, по действующему ГОСТу 32796-2014 (СВИНИНА. ТУШИ И ОТРУБЫ. ТРЕБОВАНИЯ ПРИ ПОСТАВКАХ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ), эта граница соответствует значению - менее ЗОВ. Для свеже охлажденного мяса свинины повышенной жирности, производимого по ТУ ряда предприятий мясопереработки, для улучшения результатов хранения требуется напряжение выше ЗОВ (до 34 В).
С учетом ориентирования на массовое производство свинины по ГОСТ в РФ и по Тех. Регламентам за рубежом, целесообразно защитить патентом для свежего охлажденного мяса параметры с формулировкой: «… в постоянном электростатическом поле напряжением менее 30 до 12 В».
Примеры осуществления
Пример 1. Для оценки нижней границы низковольтного воздействия электростатического поля по новому способу в сравнении с прототипом и контролем брали образцы свежего охлажденного мяса кур, говядины, свинины упакованные в стретч-пленку, и помещали в электростатическое поле между двумя пластинчатыми электродами с напряжением между электродами 12 В при непосредственном контакте электродов с материалом пленки. Далее проводили хранение образцов в указанном поле при +4°С и при +20°С. Параллельно закладывали на хранение при тех же температурах образцы аналогичного мяса, обработанного по способу-прототипу и в контроле - без обработки.
Для этого случая обобщенные данные по срокам хранения свежего охлажденного мяса кур, говядины и свинины при температуре+4°С и +20°С представлены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты хранения свежего охлажденного мяса: контроль - прототип; - новый способ (при напряжении между электродами 12 В)
Пример 2. Брали образцы свежего охлажденного мяса кур, говядины и свинины и проводили эксперименты по аналогии с Примером 1 в контроле, по способу - прототипу и по новому способу с обработкой и хранением в электростатическом поле с напряжением между электродами 25 В. Обобщенные данные по срокам хранения свежего мяса кур, говядины и свинины при температуре+4°С и +20°С представлены ниже в таблице 2.
Таблица 2. Результаты хранения свежего охлажденного мяса: контроль; - прототип; - новый способ (при напряжении между электродами 25 В)
В процессе экспериментов для свежего охлажденного мяса кур установлено, что данное воздействие (электростатического поля с напряжением между электродами 25 В) на свежее мясо приводит к максимальному результату для нового способа по сроку хранения в оптимальном диапазоне воздействия низковольтным электростатическим полем менее 30 до 12 В, который составляет 28 суток для температуры +4°С и 5,5 суток для температуры +20°С.
Следует отметить, что установленный оптимальный режим обработки и хранения свежего охлажденного мяса говядины и свинины по новому способу, составил 27 В и 28 В при сроках хранения 26 и 23 суток, соответственно.
Пример 3. В процессе экспериментов установлено, что верхней рабочей границей значения воздействия на образцы свежего охлажденного мяса низковольтным электростатическим полем является напряжение менее 30 В.
Брали образцы свежего охлажденного мяса кур, говядины и свинины и в температурных условиях, аналогичных с Примером 1 и Примером 2 проводили хранение мяса в контроле (без обработки); с обработкой и хранением по способу прототипу, а также по новому способу, но при воздействии низковольтного электростатического поля с напряжением около, но менее 30 В.
Обобщенные данные по срокам хранения свежего охлажденного мяса кур, говядины и свинины при температуре +4°С и +20°С для данного случая представлены ниже в таблице 3.
Таблица 3. Результаты хранения свежего охлажденного мяса: контроль; - прототип и новый способ (при напряжении между электродами около, но менее 30 В)
Оптимальные данные экспериментов для режимов обработки и хранения свежего охлажденного мяса в электростатическом поле с напряжением между электродами 25 В для мяса кур; 27 В для говядины и 28 В для свинины в сравнении с контролем и прототипом сведены в таблицу 4
Таблица 4. Оптимальные обобщенные данные по результатам хранения мяса (контроль; - прототип; - новый способ)