автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Радиационно-химическое консервирование мышечной ткани свинины

На правах рукописи

Орехова Светлана Михайловна

РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОЕ КОНСЕРВИРОВАНИЕ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ СВИНИНЫ

Специальность 05.18.04 — Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Нечцпоренко Алимпиада Павловна

Официальные оппоненты: Садовой Владимир Всеволодович

доктор технических наук, доцент, Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) ФГАОУ ВПО Северо-Кавказский федеральный университет, профессор кафедры технологии продуктов питания и товароведения

Куткина Маргарита Николаевна

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет», профессор кафедры технологии и организации питания

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный

технический университет»

Защита состоится «24» декабря 2014 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.09 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д.9., ауд. 2219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики и на сайте fppo.ifmo.ru .

Автореферат разослан « 19 » года.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор /^ Колодязная B.C.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Использование радиационных технологий для стерилизации и консервирования пищевых продуктов, — это не только новый уровень и новые возможности производства безопасной пищи, но и новые возможности увеличения общих ресурсов продовольствия путем устранения или снижения его потерь, происходящих при хранении, транспортировке и реализации. Применение ионизирующих излучений способствует удлинению сроков хранения продукции при сохранении ее качества, уничтожению патогенной микрофлоры, содержащейся в сырье, продуктах его переработки, таре. Одним из наиболее важных преимуществ радиационных технологий перед традиционными способами консервирования теплом и холодом мяса и мясопродуктов является возможность их длительного безопасного хранения в свежем виде с сохранением качества.

Цель работы заключалась в продлении срока хранения свежей измельченной и цельномышечной ткани свинины при низких положительных температурах (4 ± 1 °С), облученной быстрыми электронами в режимах радуризации, с использованием способности мышечной ткани животного происхождения к восстановительным процессам «in vitro».

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование влияния облучения электронным пучком, предварительной обработки растворами этанола и добавки антиоксиданта на микрофлору мяса, кислотность, фракционную растворимость белков, тиобарбитуровое число (ТБЧ) и электронный спектр поверхности мышечной ткани свинины в процессе хранения при низких положительных температурах.

2. Исследование возможности разделения во времени радиолитических, ав-толитических и микробиальных процессов в мышечной ткани свинины в пострадиационный период для оценки влияния обработки этанолом и пучком быстрых электронов на оптические свойства мышечного волокна и его способность к реконструкции.

3. Оценка возможности снижения интенсивности и затормаживания автоли-тических и окислительных процессов в мышечной ткани свинины, прошедшей обработку этанолом, в пострадиационный период хранения.

4. Исследование влияния добавки антиоксиданта - аскорбиновой кислоты и разных способов обработки этанолом (контактный, импульсное орошение, введение в фарш) на свойства мышечной ткани при аэробном хранении и хранении без доступа воздуха.

5. Радуризация свеже-охлажденной измельченной и цельномышечной ткани свинины.

6. Расширенное использование возможностей неразрушающего метода ЭС-ДО (электронной спектроскопии диффузного отражения) в исследовании поверхности мышечного волокна, измельченной и цельномышечной ткани свинины, прошедшей различные виды обработки.

Научная новизна работы состоит:

- в комплексном применении двух типов стерилизующих агентов - 40 % раствора этанола и пучка быстрых электронов, снижающих и стабилизирующих

осцилляцию активности тканевых ферментов, и способствующих, совместно с аскорбиновой кислотой, реконструктивным процессам белковых структур мышечной ткани свинины, что продлевает сроки ее хранения;

- в использовании неразрушающего метода ЭСДО в диапазоне длин волн 200 - 700 нм в качестве одного из основных методов исследования поверхности мышечного волокна, измельченной и цельномышечной ткани свинины в зависимости от вида обработки (химическая, температурная, лучевая) и в качестве контрольного метода при выборе рабочего материала требуемого качества по электронным спектрам поверхности поперечных срезов мышечной ткани.

Практическая значимость полученных результатов. Использование комплексной технологии этанольно-лучевой обработки, с добавкой аскорбиновой кислоты в качестве антиоксиданта и дестабилизатора мукополисахаридной системы, позволяет в 4 - 6 раз продлить срок хранения свеже-охлажденной измельченной и цельномышечной ткани свинины при низких положительных температурах с сохранением качества и цветности, снизить дозу облучения и исключить появление запаха после облучения.

Положения, выносимые на защиту:

- технологический способ радиационно-химического консервирования свеже-охлажденной измельченной и цельномышечной ткани свинины, включающий обработку 40 % раствором этанола, введение в фарш аскорбиновой кислоты и облучение электронным пучком в режимах радуризации, основанный на снижении активности тканевых ферментов и инициировании восстановительных процессов в мышечной ткани;

- расширенное использование метода ЭСДО в диапазоне длин волн 200 -700 нм при исследовании оптических характеристик поверхности мышечного волокна, измельченной и цельнмышечной ткани свинины в зависимости от различных видов обработки.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 6th Baltic Conférence on Food Science and Technology "Innovations for food science and production", "Foodbalt 2011", Латвия, г. Елгава, 2011; на 5th International Conférence on "Quality and safety in food production chain», Польша, г. Вроцлав, 2011; на 7ft Baltic Conférence on Food Science and Technology "Innovative and healthy food for consumers", FOODBALT-2012, г. Каунас, 2012; на Пятой Всероссийской конференции (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнология», г. Санкт-Петербург- п. Хилово, 2012 г; на VI Международной научно-технической конференции Международной академии холода «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», г. Санкт-Петербург, 2013 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований, составляющих настоящую диссертацию, опубликовано 4 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, 2 статьи представлены в реферативной базе данных Scopus и 10 публикаций в материалах конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, включающего 66 рисунков, 2-е таблицы, введение, 8 глав, заключение, библиографический указатель, содержащий 290 ссылок, и приложение.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы ее цель и основные задачи. Показана научная новизна и практическая значимость, изложены защищаемые автором положения.

Радиационные технологии стерилизации и консервирования пищевых продуктов. В обзоре литературных данных отражены преимущества использования ионизирующих излучений для консервирования по сравнению с существующими способами хранения. Описаны механизмы и химические эффекты косвенного воздействия лучистой энергии через активные продукты радиолиза воды на микроорганизмы и основные компоненты пищевых продуктов, применение не-разрушающих методов исследования мясопродуктов, подвернутых облучению; теория и возможности метода ЭСДО в исследовании поверхности ткани биологического происхождения. К основным практическим выводам из обзора литературы следует отнести перспективность применения для облучения мясопродуктов электронного пучка; использования способности облученной мышечной ткани животного происхождения к восстановительным процессам «in vitro» на фоне снижения и осцилляции активности тканевых ферментов; применения аскорбиновой кислоты, как антиоксиданта и дестабилизатора мукополисахаридной компоненты соединительной ткани.

Технология, объекты и методы исследования. Постановка эксперимента. Рабочим материалом являлась длиннейшая спинная мышца свинины (фермерское производство Новгородской области, белая порода). Объектами исследования служили двукратно механически измельченная (d = 2,5 мм) и цельномышеч-ная (поперечные срезы) ткань. Мышечное волокно получали многократной водной экстракцией измельченной мышечной ткани на холоде в течение 12 часов. Термически герметизированные в ячейках планшетов из полиэтилентерефталата, образцы облучались электронным пучком на ускорителе РТЭ-1В в НТК «Ядерная физика» Санкт-Петербургского Политехнического университета. Поглощенная доза варьировалась в интервале 6,5 - 50,0 кГр. Перед облучением мышечная ткань проходила обработку растворами этанола разной концентрации тремя способами - контактным, импульсным орошением и введением в фарш. Аскорбиновая кислота (0,05 — 0,20 масс. %) вводилась в фаршевые композиции. В пострадиационный период образцы хранились в холодильной камере при 4 ± 1°С.

Основными методами служили рН-метрия (рН-метр марки «Эксперт-001»), метод ЭСДО (спектрофотометр «Specord М-200», диапазон длин волн 200 -700 нм) и микроскопирование отпечатков с поверхности образцов, окрашенных по Граму (микроскоп марки «Zeiss Axiostar plus» х 1000). Количество микроорганизмов (Q) оценивали от просмотра 100 полей зрения в отпечатках с поверхности образцов (ед./100 п.зр.). Дополнительно образцы исследовались на фракционную растворимость белков биуретовым методом и ТБЧ. Отбор рабочего материала необходимого качества проводился методом ЭСДО по электронным спектрам поперечных срезов цельномышечной ткани. Определение микробиологических (КМАФАнМ, БГКП, патогенные, в т.ч. L/monocytogenes, сальмонелы) и других

показателей (содержание радионуклидов) безопасности проводилось в аккредитованной лаборатории ФБУ «Тест-С.-Петербург»),

Объекты исследования:

Измельченная мышечная ткань свинины Поперечные срезы мышечной ткани свинины Мышечное волокно свинины

Мониторинг возможности расширенного применения метода ЭСДО для оценки оптических характеристик поверхности объектов исследования.

Исследование влияния облучения электронным пучком (12,5 - 50,0 кГр) и предварительной стерилизации целыюмышечной ткани 95 % этанолом.

Исследование влияния концентрации и времени контактной обработки мышечной ткани свинины водно-этанольными смесями на качество фаршей при аэробном хранении. Выбор оптимальных условий обработки этанолом.

Влияния способа обработки мышечной ткани свинины 40 % раствором этанола - контактный, импульсное орошение и введение в фарш на свойства образцов при аэробном хранении и хранении без доступа воздуха.

Исследование влияния добавки аскорбиновой кислоты в интактный фарш и полученный измельчением цельномышечной ткани, прошедшей обработку 40 % этанолом, в зависимости от условий хранения.

Влияние облучения в режимах радуризации (6,25 - 25,0 кГр) на качество измельченной интактной мышечной ткани и прошедшей обработку 40 % раствором этанола тремя способами - контактный, импульсное орошение, введение в фарш.

Исследование влияния добавки аскорбиновой кислоты в фарш на свойства облученной мышечной ткани, прошедшей предварительную обработку 40 % раствором этанола.

Исследование влияния поглощенной дозы излучения на свойства интактной цельномышечной ткани свинины (срезы) и прошедшей обработку 40 % раствором этанола двумя способами - контактным и импульсным орошением.

Периодический контроль физико-химических, биохимических, микробиологических и органолептических показателей качества и безопасности опытных образцов._

Установление сроков хранения и практические рекомендации для радиаци-онно-химического консервирования измельченной и цельномышечной ткани свинины.

Рисунок 1 - Схема проведения эксперимента

Программа исследований состояла из 32-х серий (40 образцов мышечной ткани свинины разного качества), согласно схеме проведения эксперимента (рисунок 1).

1,7 1,5 1J 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1

1 1

i » Jl

tf AI \¡ I t

J

J \

.....

Рисунок 2 - ЭСДО-спектры поверхности мышечной ткани (1, 2) свинины и мышечного волокна (3): 1 - свежая, 2 - замороженная; 3 - полученно водной экстракцией образца (1).

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 ! Длина волны,им —■—2 •—3

Электронный спектр поверхности мышечной ткани свинины и его изменение при разных видах обработки. Изложены результаты использования метода ЭСДО для исследования оптических свойств поверхности мышечной ткани свинины при различных видах термической (замораживание при -18 ± 1 °С, гидротермальная обработка), химической обработки (водная, солевая, щелочная), в зависимости от дисперсности образца, кратности и способа помола (механический, электрический), выбора объекта исследования и его исходного состояния. Результаты показали в пользу свеже-охлажденного материала. Замораживание мышечной ткани при —18 ± 1 °С в течение месяца (рисунок 2, кривая 2) приводит к снижению поглощения в средней УФ-области (200 - 315 нм), где поглощают компоненты белково-углеводного комплекса (остатки четырех ароматических аминокислот, моно- и олигосахариды), мукополисахаридов (410-425 нм) и увеличению поглощения в области проявления липидов (320 - 360 нм). Близость кривых (2) и (3) в области среднего ультрафиолета свидетельствует о том, что при размораживании мышечной ткани практически полностью теряются водорастворимые белково-углеводные компоненты. Дублет миоглобина (540/580 нм) исчезает после обработки мышечного волокна солевым раствором Вебера. Удаление полосы мукополисахаридов происходит при щелочной (0,6 М NaOH) обработке стромы на холоде. Литературные данные по применению метода ЭСДО в диапазоне длин волн 200-700 нм для исследования оптических свойств мышечной ткани свинины и ее составляющих отсутствуют. Это позволяет говорить о том, что материал, представленный в главе три, является иллюстрацией расширенных возможностей метода, и принять его качестве одного из основных методов исследования.

Разделение во времени радиолитических, автолитических и микроби-альных процессов. Представлены результаты исследования интактных образцов измельченного мышечного волокна и мышечной ткани свинины, а также мышечной ткани, прошедшей до помола предварительную кратковременную (2 мин) стерилизацию 95 % этанолом в цельнокусковом виде.

С целью оценки возможности наблюдать спектральное проявление восстановительных процессов в мышечной ткани, а также роли в них этанола, с использованием расширенного диапазона поглощенных доз радиации (12,5-50,0 кГр) проведено разделение во времени радиолитических, автолитических и микроби-

альных процессов. При исследовании методом рН-метрии мышечного волокна (рисунок 3), отмечен периодический характер кривых изменения кислотности водных суспензий и стабилизация интервала колебаний рН (6,2 - 6,6) для облученных образцов.

Рисунок 3 - Изменение кислотности облученных образцов мышечного волокна свинины в пострадиационный период: 1 - 12,5; 2 -25,0; 3 - 37,5; 4 - 50,0 кГр; 5 - контроль

Отсутствие микрофлоры в отпечатках на протяжении всего эксперимента позволило высказать предположение, что периодичность в изменении рН обусловлена действием тканевых ферментов. Его правомерность подтверждается работами по радиоэнзимологии, в которых при облучении растворов протеаз доказывается наличие осцилляции процессов активация-инактивация в пострадиационный период.

Облучение интактной мышечной ткани (рисунок 3, а) также приводит к синхронизации кривых рН = ^т) и стабилизации интервала колебаний рН водных суспензий, но с увеличением их амплитуды. Это может указывать на защитную роль компонентов саркоплазмы по отношению к тканевым ферментам. Однако на кривых рН = Г(т) для стерилизованных образцов (рисунок 4, б), отсутствует синхронность в появлении первых максимумов, формирование которых говорит о начале автолитических изменений, блокируемых радикальными процессами вторичного радиолиза. Его период возрастает с увеличением поглощенной дозы.

9 13 17 21 25 29 33 37 Продолжительность, сут. -1 —«— 2 3 ——4 —*—5

1,И 8,4 -, 8 7,6 V 6,8 6,4 -6 -5,6

|-1-—;--—1-

6 9 12 15

IIПП ИП.П ЖИТЙЛI. IIМ1Ч I. ГVI

а) б)

Рисунок 4 - Изменение кислотности облученных образцов интактной (а) и стерилизованной (б) мышечной ткани свинины при хранении.

Поглощенная доза 1 - 12,5; 2 - 25,0; 3 - 37,5; 4 - 50,0 кГр; 5 - контроль Этанол, превращающийся при облучении в свободный радикал СН3С"НОН, способствует продлению радиолитических процессов, усиливая стабилизирующий эффект.

Микроскопирование отпечатков с поверхности образцов мышечной ткани обеих серий, облученных дозами 37,5 и 50,0 кГр, показало отсутствие микрофло-

ры на протяжении всего эксперимента. Изменение суммарного количества микроорганизмов в образцах, поглотивших дозы 12,5 и 25,0 кГр, определялось Грам(+)-кокками и Грам(+)-палочками. Для образцов, поглотивших дозу в 12,5 кГр, оно происходило в соответствии с изменением рН водных суспензий, что является следствием периодичности автолитических процессов, предопределяющих интервал и период колебаний значений рН и селективный характер генерируемых питательных сред. Это, в свою очередь, предопределяет морфологический тип и количественное соотношений микроорганизмов. Поглощение стерилизованной мышечной тканью дозы в 25 кГр (рисунок 5, г) привело к бактериально-статическому эффекту остаточной микрофлоры. В её составе доминировали Грам(+)-кокки.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Продолжительность, сут.

30 а 25 = 20 § 15 Э 10 СУ 5 О

/

Л N \

л Л

I | * V'

2 4 6 8 10 12 14 16 18 Продолжительность, сут.

а)

12,5кГр

б)

рЧ

1 / р г

1

1 1

к;

VI 1 „ /

т

4 6 8 10 12 14 Продолжительность, сут.

I

/ V

1

✓

4 6 8 10 12 14 16 Продолжительность, сут.

в) 25,0 кГр г)

Рисунок 5 - Влияние поглощенной дозы радиации на рН (а, б) и суммарное содержание микроорганизмов (в, г) в интактной (1) и стерилизованной (2) мышечной ткани свинины Исследование оптических характеристик поверхности образцов показало (рисунок 6, а и б, кривые 1), что стерилизация этанолом практически не затрагивает мукополисахариды, влияя на поглощение липидных компонентов. Полоса метмиоглобина при 635 нм на обеих кривых указывает на частичную окислен-ность исходной мышечной ткани, которая не снимается кратковременной обработкой этанолом. В области поглощения белково-углеводного комплекса (250 — 305 нм) наблюдается увеличение поглощения и появление структурированной полосы со сглаженным рельефом (рисунок 6, б, кривая 1).

В отличие от этанола (кривые 2-5) при облучении из спектров всех образцов удаляется полоса метмиоглобина, при этом наблюдается снижение и бато-хромный сдвиг на 15 нм полосы поглощения мукополисахаридов. Обработка эта-

нолом этот эффект усиливает. С повышением дозы до 50 кГр для образцов обеих серий наблюдалось формирование «колоколообразного» контура всей ультрафио-

летовой полосы.

200 250 300 350 400 450 5Ü0 550 600 650 700 Длина волны, им

200 250 300 350 4Ü0 450 500 550 600 650 700 Длина волны, им j

а) б)

Рисунок 6 - Электронные спектры поверхности облученных интакгных (а) и стерилизованных (б) образцов мышечной ткани.

Поглощенная доза: 1 - контроль; 2 - 12,5; 3 - 25,0; 4 - 37,5; 5 - 50,0 кГр Аналогичный эффект отмечен для образцов облученного мышечного волокна -повышение поглощенной дозы приводит к сближению спектров мышечного волокна и мышечной ткани, но только в области среднего ультрафиолета! Данное явление может быть следствием восстановления мышечного волокна. На возможность одновременного протекания при облучении двух противоположных процессов, - разрушения и восстановления белковых структур, указывают радиобиологическая теория А.М.Кузина и многочисленные публикации. Показано, что кратковременная обработка 95 % этанолом цельномышечной ткани свинины не ограничивается функцией стерилизации. Это послужило основанием для исследования концентрационного ряда растворов этанола на свойства мышечной ткани свинины.

Влияние концентрации этанола и аскорбиновой кислоты на свойства мышечной ткани свинины при аэробном хранении. Полученные данные говорят о неоднозначном влиянии концентрации этанола на характер и скорость изменения рН водных суспензий образцов, на изменение органолептических показателей и состав микрофлоры. На начальном этапе на поверхности всех образцов присутствовали Грам(+)-кокки и Грам(+)-палочки. Образцы, прошедшие обработку растворами этанола с концентрацией ниже 40 %, сохраняя окраску, к 7 суткам приобрели вязкость; повышение рН сопровождалось появлением запаха гнилостной порчи и полным вытеснением Гр(+)-микрофлоры грамотрицательными палочками. Увеличение концентрации этанола до 75 % привело к полной потере образцами окраски и развитию процессов брожения. Псевдомицеллий и бластоспо-ры полностью вытеснили остальную микрофлору. Образцы, обработанные 40 % этанолом, дольше сохраняли качество по органолептическим показателям - розовый цвет, нормальная консистенция, отсутствие посторонних запахов. К 13-м суткам образец приобрел вязкость и посторонний запах, в отпечатках обнаружены грамотрицательные палочки. Как известно, смеси с содержанием этанола ниже и выше 40 % представляют собой системы, разные по химическим свойствам и рН.

Это предопределяет преимущественное разрушение разных по природе компонентов мышечной ткани и характер порчи при хранении. Особенности мягкого воздействия 40%-го этанола объясняются максимальным сжатием 40 - 50 % водно-спиртовых смесей, обусловленном формированием компактных и устойчивых кластерных структур (С2Н5ОН • 5Н20) с более прочными водородными связями, чем собственно у воды.

Исследование влияния времени обработки цельномышечной ткани растворами этанола показало, что лучшими спектральными характеристиками обладал образец, находившийся в контакте с 40 % раствором 10 мин. Однако разница в свойствах водно-этанольных смесей и времени обработки ими цельномышечного материала наилучшим образом проявляются в изменении спектральных характеристик поверхности мышечного волокна. В качестве антиоксиданта нами выбрана аскорбиновая кислота, обладающая функцией дестабилизатора мукополисахарид-ной системы, оптимальная концентрация которой составила 0,12 % (масс). Исследование трех образцов измельченной мышечной ткани свинины: интактной (№ 1), прошедшей предварительную обработку в цельнокусковом виде 40 % раствором этанола в течение 10 минут (№ 2) и № 3 - с добавкой 0,12 % аскорбиновой кислоты в фарш образца № 2, показали, что аскорбиновая кислота, повышает цветность, усиливает эффект разрушения мукополисахаридых компонентов и способствует стабилизации поглощения белково-углеводного комплекса. В отличие от этанола аскорбиновая кислота стабилизирует положение полос и поглощение полиненасыщенных жирных кислот. Это может указывать на снижение риска их окисления. Положительный эффект действия этанола и антиоксиданта на суммарное количество микроорганизмов виден из результатов, представленных на рисунке 6, а. В отличие от интактной мышечной ткани, в образцах № 2 и № 3 Грам(-)-палочки появились на 8-е сутки. Однако преобладающий морфологический тип грамположительной микрофлоры зависел от условий обработки мышечной ткани (рисунок 7, а и б).

а) б) в)

Рисунок 7 - Влияние этанола и аскорбиновой кислоты на количество и морфологию микроорганизмов при аэробном хранении образцов, а) - общее количество микроорганизмов; б) - Гр(+)-кокки; в) - Гр(+)-палочки

Образцы 6-ти дневного срока хранения выбраны для согласования (рисунок 8) результатов исследования в зависимости от вида обработки: цветность, которую оценивали по соотношению поглощения при X = 580 и 690 нм, кислотность, общее содержание микроорганизмов и их морфологический тип.

Повышение цветности и снижение рН водных суспензий образцов сопровождалось снижением суммарного количества микроорганизмов. При этом (рисунок 7, в), количество Гр(+)-палочек резко снижалось при обработке этанолом, а кокков - возрастало, особенно после введения антиоксиданта.

а Гр (+) - кокки Ш Гр(+)-палочки Ш Гр(-)-палочки а Сумма

1 2 3

Помер образца

й)

Рисунок 8 - Изменение кислотности (а), цветности (б), количества микроорганизмов (в) в зависимости от вида предварительной обработки образцов на 6-е сутки аэробного хранения: № 1 - контроль; № 2 - 40 % этанол;

№ 3 - 40 % этанол + 0,12 % аскорбиновой кислоты. Сопоставление с характером изменения интенсивности полос поглощения основных компонентов в ЭСДО-спектрах показало, что снижение содержания на поверхности образцов липидных компонентов и увеличение белковых, в результате обработки этанолом, дает эффект повышения цветности, снижения рН и общего количества микрофлоры. Напротив, повышение рН, за счет разрушения белковых структур, приводит к снижению цветности и увеличению содержания грамполо-жительных и грамотрицательных палочковых форм микроорганизмов в образце №1.

Влияние герметизации на физико-химические свойства мышечной ткани свинины. Герметизация, продлевая срок хранения мяса, позволяет не только наблюдать изменение его свойств в динамике, но и сама оказывает влияние на их характер. Кривые изменения рН и растворимости белковых фракций, в которых проявляется периодичность биохимических процессов при хранении образцов мышечной ткани, прошедшей обработку растворами этанола разной концентрации, отличались отсутствием синхронности, Лучшие оптические характеристики, самую низкую растворимость саркоплазматических и миофибриллярных белков и кислотность водных суспензий на уровне рН = 5,4 имел образец, помолу которого предшествовал контакт в течение 10 минут с 40 % этанолом.

При исследовании серии образцов №1 - № 3 отмечено, что герметизация приводит к повышению цветности образцов, снижению суммарного количества микроорганизмов, уменьшению грамотрицательной микрофлоры и увеличению периода до начала ее проявления в отпечатках, а также противоположное влияние этанола и аскорбиновой кислоты на липидные компоненты. Полученные данные показали, что как концентрация этанола, так и время его контакта с поверхностью цельномышечной ткани закономерно проявляются в свойствах фаршей. Поэтому представилось целесообразным исследование более экономичных способов обработки - импульсное орошение и введение в фарш.

Влияние способа обработки этанолом и условий хранения мышечной ткани на электронный спектр поверхности. Рассмотрены результаты сравнительного исследования трех способов обработки мышечной ткани 40 % раствором этанола - контактный, импульсное орошение, введение в фарш. Образцы хранились аэробно и без доступа воздуха. Исследование образцов, хранившихся аэробно, показало, что с уменьшением и увеличением количества этанола, вводимого в фарш, и экспозиции при импульсном орошении, относительно оптимальной для каждого способа величины, оптические характеристики фаршей резко ухудшаются. Эти ухудшения носят противоположный характер и аналогичны по характеру изменения оптических свойств, независимо от способа обработки образцов. Хранение без доступа воздуха в течение, месяца показало, что наиболее стабильными оптическими свойствами обладал образец, орошавшийся в течение 5 минут. При введении этанола в фарш наиболее благоприятными были объемы в интервале 1 -2 мл на 100 г. мяса. Далее, перед облучением в режимах радуризации (6,25 -25,0 кГр), образцы измельченной и цельномышечной ткани свинины проходили обработку 40 % этанолом в оптимальных для каждого способа условиях и хранились в течение 90 суток. Параллельно облучалась интактная мышечная ткань.

Электронно-лучевая обработка мышечной ткани свинины в режимах радуризации. Глава включает результаты исследования двух серий образцов -измельченной и цельномышечной ткани свинины. В серию I вошли фаршевые композиции (Таблица 1), полученные тремя способами обработки 40 % раствором этанола - контактный (10 мин), импульсное орошение (5мин) и введение в фарш (1,0 мл). Несмотря на то, что во всех образцах, облученных дозами 18,75 и 25,0 кГр, через три месяца хранения микрофлора отсутствовала, органолептиче-ские показатели интактных образцов были заметно ниже, чем у обработанных этанолом: присутствие специфического запаха, несколько вязкая консистенция и пониженная цветность.

Формирование «колоколообразного» контура УФ-полосы поглощения (200 - 315 нм) в спектрах ЭСДО всех контролей говорит о том, что этанол, независимо от способа обработки, инициирует реконструктивно-восстановительные процессы в белковых структурах аналогично электронному пучку. В спектре ин-тактного контроля наблюдалась дифференциация полос с отрицательными экстремумами при 280, 240, 250, 235 нм, указывающими на разрушение химических связей. В спектрах всех облученных образцов отмечено появление интенсивной структурированной полосы поглощения липидных компонентов в области 320 -370 нм. Менее всего зависимы от величины поглощенной дозы, также как и от способа обработки этанолом, белковые компоненты. Лучшие сенсорные, микробиологические, биохимические и оптические показатели имел образец, полученный введением 1,0 мл этанола и 0,12 % аскорбиновой кислоты в фарш при поглощении дозы в 12,5 кГр. В нем наблюдалось меньше всего остаточной Грам(+)-микрофлоры в статическом состоянии.

Рисунок 9, а представляет ЭСДО-спектры для данной фаршевой композиции при хранении образцов в течение трех месяцев. Сохранение цветности подтверждают результаты по измерению ТБЧ, показатели которого оставались на уровне исходного контроля с колебаниями в пределах погрешности измерений.

Таблица 1 - Изменение количества микроорганизмов в отпечатках с поверхности облученных образцов измельченной мышечной ткани свинины в процессе хранения (С>, ед./100 п.зр)__

Сут ки Способ обработки 40 % раствором этанола, поглощенная доза, кГр.

Интактный образец Контактный способ Импульсное орошение Введение в фарш

Этанол + аскорб. к-та

0 *) 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 ; 2

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

5 20 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

7 56 25 0 3 0 0 2 2 0 9 3 0 5 0 0

10 140 30 2 6 5 0 5 12 0 18 8 0 11 2 0

15 186 16 6 17 18 0 12 20 0 18 17 0 9 7 0

20 304 18 10 17 34 0 9 28 0 15 30 0 16 15 0

25 - 56 12 12 36 0 38 26 0 58 30 0 53 9 0

30 - 98 9 49 20 3 65 26 2 96 11 3 87 16 0

35 - 120 23 87 17 5 98 20 6 110 9 5 76 20 3

40 - 204 48 128 12 13 134 20 15 148 16 10 103 18 7

45 - - 40 210 18 15 220 10 15 213 23 13 180 8 7

50 - - 84 - 24 17 - 8 13 . 32 10 _ 5 5

55 - 68 - 34 10 - 18 8 - 24 9 13 4

60 - - 95 - 34 7 - 24 10 - 17 12 20 8

75 - - 95 - 20 5 - 26 16 - 10 16 20 8

90 - 1 - 120 - 17 12 - 15 14 - 18 11 16 5

*) Поглощенная доза: 1-6,25; 2 - 12,5 кГр; 0 - контрольный образец.

а) б)

Рисунок 9 - ЭСДО-спектры мышечной ткани свинины, облученной после введения

этанола и аскорбиновой кислоты в фарш, а) Время хранения: 1 - 1, 2 - 14, 3 - 30, 4 - 60, 5 - 90 суток, б) мышечное волокно (1) и мышечная ткань (2) через три месяца после облучения. Поглощенная доза - 12,5 кГр.

Изменение кислотности для образцов, обработанных этанолом, происходило в пределах рН изоэлектрических точек коллагена и актомиозина. Добавка аскорбиновой кислоты способствовала снижению рН и стабилизации на уровне 5,9. Дня интактного образца через месяц отмечено снижение кислотности и ухудшение органолептических показателей. Периодичность в изменении растворимости

всех белковых фракций не только подтверждает наличие в системе двух противоположных явлений, но и позволяет говорить о возможности динамического равновесия процессов деструкции и реконструкции, в актах которых принимают участие белковые структуры всех категорий. Более убедительно факт стабилизирующего влияния комплексной обработки на мышечную ткань проявляется через оптические свойства мышечного волокна. Водная экстракция (рисунок 9, б) практически не затрагивает белково-углеводный комплекс, сохраняя поглощение на уровне мышечной ткани, что говорит о доминировании процессов восстановления.

Серия II представлена поперечными срезами цельномышечной ткани. Обработка 40 % этанолом проводилась двумя способами - контактным (10 мин) и импульсным орошением (5 мин). Результаты анализа через три месяца хранения показали отсутствие микрофлоры в отпечатках с поверхности всех образцов, обработанных этанолом и облученных дозами 12,5 - 25,0 кГр. Остаточная микрофлора в статическом состоянии присутствовала только на поверхности образцов, поглотивших дозу в 6,25 кГр (2-14 ед./100 п.зр.).

Количество микроорганизмов на поверхности интактных срезов было на порядок выше через 1,5 месяца хранения, а их спектральные характеристики подверглись существенным изменениям во всех областях спектра, завися от дозы излучения.

Лучшими оптическими свойствами обладали образцы, прошедшие обработку импульсным орошением, а облучение дозой в 6,25 кГр (рисунок 10) позволило сохранить им цветность, упругую консистенцию, свежий запах и вкус. При водной обработке срезов через три месяца хранения отмечен тот же спектральный эффект, что и для фаршевых композиций (рисунок 9, б) - стабилизация поглощения белково-углеводного комплекса.

Рисунок 10 - ЭСДО-спектры срезов цельномы шечной ткани свинины, прошедшей обработк; этанолом импульсным орошением, при хране нии: 1 - 30, 2 - 60, 3 - 90 суток

Полученные экспериментальные данные позволили рекомендовать: для фаршевых композиций - введение 1 - 2 мл 40% этанола на 100 г мяса с добавкой 0,12 % аскорбиновой кислоты и облучение дозой в 12,5 кГр, для цельномышечной ткани - импульсное орошение 40 % этанолом в течение 5 минут с интервалами в 1,0 - 1,5 минуты и последующее облучение дозами 6,25 - 12,5 кГр. Согласно протоколам лабораторных испытаний по показателям КМАФАнМ, БГКП, патогенным микроорганизмам и радионуклидам, проведенных в ФБУ «Тест-С.Петербург» образцы соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01. Результаты работы внедрены в учебный процесс по бакалаврским и магистерским программам направлений 260100 и 260200.

В заключение обратим внимание на то, что использование метода ЭСДО позволило впервые «визуализировать» спектральное проявление восстановитель-

20(1 250 ЗОО 350 400 450 500 550 600 650 700 Длина волны, нм

ных процессов в облученной мышечной ткани. Очевидно, способность к самореконструкции белковых структур «in vitro» является одним из механизмов их «самозащиты». В связи с этим следует отметить, что не только сдерживание осциллирующей активности тканевых ферментов, но и химическая «поддержка» реконструктивной способности белковых структур способствует продлению сроков хранения мышечной ткани после облучения.

Выводы

1. С целью увеличения срока хранения свеже-охлажденного мяса свинины при низких положительных температурах (4 ±1°С) до 2 - 3-х месяцев, предложен комплексный технологический метод, сочетающий обработку 40 % раствором этанола с последующим облучением пучком быстрых электронов герметизированной измельченной и цельномышечной ткани.

2. Суммарный эффект действия этанола и электронно-лучевой обработки состоит в пролонгировании периода вторичного радиолиза, препятствующего началу автолитических и микробиальных процессов, длительность которого зависит от концентрации этанола и величины поглощенной дозы излучения, а также в стабилизации узкого интервала колебаний рН при автолитических изменениях мышечной ткани свинины в пострадиационный период.

3. Периодическое изменение количества Гр(+)-микрофлоры в отпечатках, согласующееся с периодическим характером изменения рН образцов, и селекция ее морфологического типа обусловлены периодическим изменением состава питательных сред, генерируемых в системе облученной мышечной ткани при хранении.

4. Эффективность мягкого воздействия на мышечную ткань свинины 40 %-ой водно-этанольной смеси обусловленна особенностью её кластерной структуры. Обработка 40 % этанолом и введение антиоксиданта в фарш позволяют снизить рН, количественный уровень остаточной грамположительной микрофлоры и дозу облучения, исключить появление после облучения постороннего запаха и сохранить окраску образцов.

5. Методом ЭСДО впервые показана возможность спектрального наблюдения деструктивно-восстановительных процессов мышечного волокна при комплексном использовании лучевой обработки, этанола и аскорбиновой кислоты, способствующих частичному разрушению мукополисахаридной связки и, как следствие, белковых компонентов соединительной ткани, дающих материал для реконструкции. Однако возможность и эффективность реконструктивных процессов мышечного волокна после облучения во многом зависят от степени исходной обсеменности, глубины автолитических изменений и структурно-механического состояния мышечной ткани.

6. При облучении мышечной ткани свинины в диапазоне доз от 6,25 до 50,0 кГр отмечено отсутствие Грам(-)-микрофлоры, поглощением 18,75 кГр и выше достигается полная стерилизация; при дозах радиации 6,25 и 12,5 кГр, для срезов и фаршей, соответственно, имеет место бактериально-статический эффект с низким содержанием остаточной Грам(+)-микрофлоры, в составе которой преобладают кокки.

7. Показаны расширенные возможности метода ЭСДО в исследовании поверхности мышечного волокна, измельченной и цельномышечной ткани свинины при электронно-лучевой и различных видах химической обработки.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в журналах, входящих в перечень российских рецензируемых научных журналов:

1. Орехова С.М., Нечипоренко А.П., Нечипоренко У.Ю., Васильева И.В., Мякин C.B. Влияние этанола и электронно-лучевой обработки на активную кислотность мышечной ткани свинины. [Электронный ресурс] // ЭНЖ СПбГУНиПТ, серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2012. - №1. - Режим доступа: http://processes.open-mechanics.com.

2. Орехова С.М., Нечипоренко А.П., Влияние кластерной структуры водно-этанольных смесей на липидное окисление, растворимость белков, pH и оптические характеристики мышечной ткани свинины. [Электронный ресурс] // ЭНЖ СПбГУНиПТ, серия «Процессы и аппараты пищевых производств».-2013. — №1. — Режим доступа: http://processes.open-mechanics.com.

3. Орехова С.М., Нечипоренко А.П. Влияние обработки этанолом мышечной ткани свинины на оптические характеристики мышечного волокна. // Известия вузов. Серия «Пищевая технология». -2013. -№ 4. - С. 16-18.

4. Орехова С.М., Нечипоренко А.П. Радуризация мышечной ткани свинины. [Электронный ресурс] // ЭНЖ НИУ ИТМО, серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2014. — №1. - Режим flocTvna:http://processes.open-mechanics.com.

Статьи, размещенные в реферативной базе данных Scopus:

1. Orehova S., Nechiporenko U., Vasileva I., Nechiporenko A. Electronic spectrum of pork and beef muscle tissue surface samples, subjected to electronic-irradiation processing. // 6th Baltic Conference on Food Science and Technology "Innovations for food science and production". "Foodbalt 2011". Latvia, Jelgava, May 5-6, 2011. - P. 199-203.

2. Orehova S., Nechiporenko U., Vasileva I., Nechiporenko A. Ethanol effect on the radiolysis of pork muscle tissue. // 6th Baltic Conference on Food Science and Technology "Innovations for food science and production". "Foodbalt 2011". Latvia, Jelgava, May 5-6, 2011.-P. 177-181.

Публикаг^ии в других научных изданиях

1. Орехова С.М., Нечипоренко А.П., Нечипоренко У.Ю., Васильева И.В. Ра-диолиз реструктурированной мышечной ткани животного происхождения. // Материалы XV Всероссийской конференции «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах». Т.2. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - С. 342-343.

2. Орехова С.М., Нечипоренко А.П., Нечипоренко У.Ю., Васильева И.В. Исследование нативной мышечной ткани животного происхождения методом ЭСДО. // Материалы XV Всероссийской конференции «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах». Т.2. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - С. 340-341.

3. Orehova S., Nechiporenko U., Vasileva I., Nechiporenko A. Electronic spectrum of pork and beef muscle tissue surface samples, subjected to electronic-irradiation processing. // 6th Baltic Conference on Food Science and Technology "Innovations for food science and production". "Foodbalt 2011". Latvia, Jelgava, May 5-6, 2011. - P. 69.

4. Orehova S., Nechiporenko U., Vasileva I., Nechiporenko A. Ethanol effect on the radiolysis of pork muscle tissue. // 6th Baltic Conference on Food Science and Technology "Innovations for food science and production". "Foodbalt 2011". Latvia, Jelgava May 5-6, 2011. - P. 90.

5. Орехова C.M., Нечипоренко А.П., Нечипоренко У.Ю., Васильева И.В. Влияние этанола на микрофлору, кислотность и электронный спектр поверхности облученной мышечной ткани свинины и говядины. //Материалы XVI Всероссийской конференции. «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах. Т.2. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011. -С.103-105.

6. Orehova S., Nechiporenko U., Vasileva I., Nechiporenko A. Ethanol concentration effect on the radiolysis in pork muscle tissue. // 5th International Conference on "Qualiti and safety in food production chain». Poland, Wroclaw, September 19-20, 2011.-P. 114.

7. Орехова C.M., Нечипоренко А.П., Нечипоренко У.Ю., Цветкова М.Н. Влияние кластерной структуры водно-спиртовых смесей на свойства поверхности мышечной ткани животного происхождения. Материалы XVII Всероссийской конференции «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах». Т.З. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2012. - С. 31-33.

8. Orehova S., Nechiporenko U., Vasileva I., Nechiporenko A. Ethanol concentration effect on the surface acidity and optical spectrum of radiated pork muscle tissue. //7th Baltic Conference on Food Science and Technology "Innovative and healthy food for consumers", FOODBALT-2012, Kaunas, May 17-18, 2012. - P. 166.

9. Орехова C.M., Нечипоренко А.П. Влияние этанола на микр.;флору, кислотность и электронный спектр поверхности облученной мышечной ткани животного происхождения. // Материалы пятой Всероссийской конференции (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнология», г. Санкт-Петербург - Хилово, Псковская обл. 24 - 30 сентября 2012. - С. 236-237.

10. Орехова С.М., Нечипоренко А.П. Влияние электронно-лучевой обработки на оптический спектр мышечной ткани и мышечного волокна свинины. // Материалы VI Международной научно-технической конференции Международной академии холода «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 13-15 ноября 2013) - СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2013. -С. 462-465.

Подписано в печать ^ЗАО.эо/у. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. Печ. л. 1.0. Тираж 50 зкз. Заказ НИУ ИТМО. 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49 ИИК ИХиБТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9.