автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка добавки на основе хитозана для применения в технологии вареных колбас

На правах рукописи

005051Ю/

Петрова Елизавета Алексеевна

Разработка добавки на основе хитозана для применения в технологии вареных

колбас

Специальность 05.18.04. - технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

г 8 МАР 2013

Москва - 2013

005051102

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

Московский государственный университет пищевых производств Министерства образования и науки РФ

Научный руководитель - доктор технических наук,

старший научный сотрудник, Легонькова Ольга Александровна

Официальные оппоненты: Митасева Людмила Филипповна,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ФГБОУ ВПО МГУГІП, зав. лабораторией

Хвыля Сергей Игоревич, доктор технических наук, профессор ВНИИМП им.В.А. Горбатова Россельхозакадемии, зав. лабораторией

Ведущая организация: ФГБУН Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН

Защита диссертации состоится «18» апреля 2013 г. в 1430 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.021.01 при Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности им. В.М.Горбатова Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу 109316, Москва, ул. Талалихина, д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИМП им. В.М.Горбатова Россельхозакадемии.

Автореферат разослан «_»_2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник

А.Н.Захаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Вареные колбасные изделия являются наиболее распространенными и востребованными в России мясными продуктами. Они пользуются ежедневным спросом потребителей всех возрастных категорий. Объем их производства в настоящее время составляет более 60% от общего количества вырабатываемых мясных изделий.

Однако эта продукция зачастую имеет ограниченный срок годности, что существенно затрудняет ее реализацию: рекомендованные сроки годности вареной колбасной продукции, вырабатываемой по ГОСТ Р52196-2003, в искусственной белковой оболочке типа «Белкозин» составляют не более 5 суток. Вареные колбасные изделия содержат более 50% влаги, имеют упругую консистенцию, низкое содержание соли, лишь в незначительной степени пропитаны коптильными веществами (при обжарке), поэтому они менее стойки при хранении, чем сырокопченые, полукопченые и др.

В современных условиях уделяется большое внимание поиску технологических решений увеличения сроков годности вареных колбасных изделий. Для этого используют новые виды оболочек и покрытий, различные пищевые добавки, которые применяются как для непосредственного введения в фарш, так и для обработки поверхности колбас с целью улучшения качественных характеристик, таких как гелеобразующая, эмульгирующая, водосвязывающая и жироудерживающая способности готового продукта, эффективного подавления развития порчи и рационального использования сырья.

Для стабилизации качества и улучшения структурированности мясных продуктов используются альгинаты и каррагинаны, клетчатка, крахмал, пектин, камеди, белковые текстураты, соевые изоляты и концентраты. Однако в этом разнообразии добавок биополимер хитозан остается вне поля зрения технологов, как с точки зрения стабилизации, так и улучшения структурно-механических показателей.

Известно, что хитозан обладает гелеобразующей и эмульгирующей способностями, проявляет сорбционные, адгезивные, антимикробные свойства, характеризуется нетоксичностью, бактериостатичностью и селективностью. Благодаря этим свойствам хитозан широко используют в биотехнологии, сельском хозяйстве, бумажной промышленности, в парфюмерии и косметике, ветеринарии. Изучению свойств и возможностей применения хитозана и его производных в пищевой промышленности посвящены научные работы отечественных и зарубежных ученых: Албулова А.И., Быковой В.М., Варламова В.П., Динзбурга Л.И., Куркиной Е.А., Нудьга Л.А., Садового В.В., Сафроновой Т.М., Кгиышка I. и многих других.

Несмотря на то, что хитозан в мясной промышленности используется в составе покрытий для отрубов, при производстве колбасных оболочек, в составе паштетов и консервов, его применение в составе комплексной пищевой добавки при производстве вареных колбас в качестве структурообразователя осталось пока без внимания технологов.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка добавки на основе хитозана для применения в технологии вареных колбас, предназначенной для пролонгирования сроков годности и улучшения структурно-механических показателей готового продукта.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- подбор компонентов для создания антимикробной добавки на основе хитозана;

разработка рецептуры и технологии антимикробной и структурообразующей добавки, включающей хитозан на основании исследования ее микробиологических, реологических и функционально-технологических свойств;

- изучение свойств антимикробной и структурообразующей добавки на основе хитозана на модельной фаршевой системе;

- разработка рецептуры и выработка опытной партии вареной колбасы с использованием антимикробной и структурообразующей добавки на основе хитозана и сравнительное исследование выработанных образцов в процессе хранения;

- разработка проектов технической документации на производство добавки на основе хитозана и колбасу вареную с использованием разработанной добавки.

Научная новизна работы

- изучена динамика растворения хитозана в различных органических кислотах. Выявлен вид растворителя, обеспечивающий полную растворимость хитозана. Установлена критическая концентрация хитозана;

- обоснован выбор сшивающего агента - цитрата магния и его количественное содержание в многокомпонентной структурированной системе на основе хитозана по реологическим характеристикам;

- установлено влияние добавки на основе хитозана на формирование структуры мясных фаршевых систем, приводящей к улучшению функционально-технологических свойств по сравнению с характеристиками продукта, выработанного по традиционной рецептуре.

Практическая значимость работы

- разработана антимикробная и структурообразующая добавка «Хитовар-Про» для применения в технологии вареных колбас с целью прологирования их срока годности и улучшения структурно-механических характеристик;

- разработан проект технической документации на добавку «Хитовар-

Про»;

- разработан проект технической документации на вареную колбасу «Елизаветинская» с использованием добавки «Хитовар-Про»;

- новизна технического решения отражена в патенте РФ №2447668 от 20.04.2012 г.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в работе, были представлены и доложены на Международной конференции студентов и молодых ученых «Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии и

средства переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания» (Москва, 2009г.), Международной семинаре-выставке «Применение современных биотехнологий в пищевой промышленности» (Вьетнам, 2009 г.), Московской международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010 г.), VIII Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2010 г.), VI Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2011 г.), IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2011 г.), первом Международном конгрессе «Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества» (Москва, 2011 г.), Международной научно-практической конференции «Фармацевтические и медицинские биотехнологии» (Москва, 2012 г.).

Публикации. По результатам исследований, изложенных в диссертационной работе, опубликовано 12 печатных работ, в т.ч. 4 статьи, из них 3 - в журналах, рекомендованных к публикациям ВАК РФ, получен патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 208 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, 4 глав экспериментальной части с обсуждением результатов исследований, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 36 рисунков, 18 таблиц, библиография включает 137 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, показана ее научная новизна, практическая значимость и определены основные направления исследований.

В первой главе «Анализ литературных и патентных данных по теме диссертации» систематизирован материал по современным направлениям и перспективам использования в производстве мясопродуктов хитозана и его производных. Отмечена целесообразность применения хитозана в колбасном производстве с целью направленного регулирования функционально-технологических свойств готового продукта. Рассмотрены вопросы, связанные с использованием хитозана как структурообразователя в колбасном производстве. В заключение литературного обзора сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе «Организация эксперимента. Объекты и методы исследований» представлена и описана схема проведения работы, приведены краткие характеристики объектов и методов исследования, описаны методы обработки экспериментальных данных.

В качестве объектов исследования были использованы: отечественный пищевой хитозан, вырабатываемый по ТУ 9289-067-00472124-03 (ЗАО «Биопрогресс», Россия, г. Щелково), с молекулярной массой (ММ) 40-50, 50-

110, 110-180, 200 и 750 кДа, добавка «Хитовар» и «Хитовар-Про», мясные модельные фаршевые системы, колбаса вареная «Черноморская».

Исследования проводили в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1, в ФГБОУ ВПО МГУПП._

Анализ литературных и патентных данных по теме диссертации

Подбор компонентов и разработка добавки «Хитовар»

Исследование свойств: 1,2, 3,4, 5, 6, 15

Подбор ингредиентов и разработка добавки «Хитовар-Про»

Исследование по следующим показателям: 1, 7, 8

Моделирование свойств фаршевой системы с использованием добавки «Хитовар-Про»

Исследование свойств: 1, 2, 3,4,7,8, 9, 15, 16, 20

Разработка рецептуры и выработка опытных образцов вареной колбасы «Елизаветинская» с введением добавки «Хитовар-Про»

Исследование свойств: 1, 2, 3, 4, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20,21,22, 23, 24, 25, 26, 27

Разработка проектов технической документации (ТУ, ТИ на колбасу вареную «Елизаветинскую» и добавку «Хитовар-Про»)

Рисунок 1. Схема постановки эксперимента

В работе использовались следующие методы исследований: 1 -определение величины pH потенциометрическим методом (ГОСТ Р 51478-99); 2 - определение количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов по ГОСТ 10444.15-94 и ГОСТ 9958-81; 3 -определение количества дрожжей и плесеней по ГОСТ 10444.12-88; 4 -определение бактерий группы кишечных палочек (БГКП) по ГОСТ Р 528162007; 5 - определение индекса растворимости согласно методике H.H. Липатова и К.И.Тарасова и ГОСТ 30305.4-95; 6 - критическая концентрация гелеобразования в соответствии с методическими указаниями ГОУ ВПО «МГУПБ»; 7 - определение вязкости на ротационном вискозиметре по ГОСТ 27709-88; 8 - определение деформации, податливости на модифицированных

весах Каргина по методу Тагер A.A.

Методы исследования продукта: 9 - определение массовой доли влаги по ГОСТ Р 51479-99 (ИСО 1442-97); 10 - определение массовой доли белка по ГОСТ 25011-81; 11 - определение массовой доли жира по ГОСТ 23042-86; 12 -определение массовой доли золы по ГОСТ Р 53642-2009; 13 - содержание нитрита натрия по ГОСТ 29299-92 (ИСО 2918-75); 14 - оценка органолептических показателей по ГОСТ 9959-91; 15 - микроструюурные исследования по ГОСТ 31479-2012 и ГОСТ 31796-2012; 16 - определение водосвязывающей способности методом прессования по Р. Грау и Р. Хамму в модификации В.П. Воловинской и Б.Я. Кельман; 17, 18 - определение жиросвязывающей и влагоудерживающей способностей по методике Салаватулиной P.M.; 19 - выход готового продукта определяли весовым методом; 20 - определение предельного напряжения сдвига в соответствии с методическими указаниями ГОУ ВПО «МГУПБ»; 21, 22 - определение кислотного и перекисного чисел по ГОСТ 8285-91; 23 - определение степени перевариваемости in vitro в соответствии с методическими указаниями ГОУ ВПО «МГУПБ»; 24 - определение патогенных микроорганизмов по ГОСТ 30519-97; 25 - определение микроорганизмов рода Salmonella по ГОСТ Р 52814; 26 - определение Staphilococcus aureus по ГОСТ Р 52815; 27 -обоснование сроков годности по СанПиН 2.3.2.1078 и МУК 4.2.1847.

Технико-экономическую оценку проводили по методикам определения экономической эффективности в мясной промышленности, статистическую обработку - по стандартным методикам с использованием программного пакета «Microsoft Excel 2003» и «Microsoft Excel 2007» для Windows хр.

В третьей главе «Разработка добавки «Хитовар» и изучение ее свойств» исследована способность хитозана растворяться в органических кислотах. По имеющимся литературным данным, хитозан хорошо растворяется в одноосновных органических кислотах и их солях. Нами были выбраны следующие кислоты: винная, лимонная, молочная, уксусная, яблочная, янтарная, щавелевая, аскорбиновая, различные буферные системы, содержащие лактат натрия, лактат калия, поскольку они разрешены к применению в пищевой промышленности (СанПиН 2.3.2.1293-03).

Результаты показали, что лучше всего хитозан растворялся в молочной (pH 3,2±0,1), уксусной (pH 5,5±0,2), янтарной (pH 3,8±0,1), аскорбиновой кислотах (pH 4,4±0,2) и во всех буферных системах (pH от 3,2 до 4±0,1). Оптимальная концентрация кислот составила 4%. Причем, спустя 2,5 месяца хранения при температуре 19-2 ГС системы не изменяли своего внешнего вида.

Было установлено, что хитозан с молекулярной массой 200 и 750 кДа при концентрации 4% лучше растворялся, образовывал стойкие, хорошо текучие системы. Поэтому в дальнейшем были исследованы растворы хитозана (с молекулярной массой (ММ) 200 и 750 кДа) в этой концентрации.

Результаты изучения микробной обсемененности показали, что системы на основе хитозана в различных органических кислотах обладают незначительным ростом микрофлоры. Наиболее значимые результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Микробная обсемененность систем с хитозаном в процессе хранения

Образец Изучаемый Результат, КОЕ/мл / время

показатель культивирования, сут.

5 10

Молочная кис.+хит. с ОМЧ* 0 1

ММ 200 кДа Плесени и дрожжи 2 2

Уксусная ОМЧ 0 2

кис.+ хит. с ММ 200 Плесени и 1 4

кДа дрожжи

Янтарная кис.+хит. с ОМЧ 1 3

ММ 200 кДа Плесени и дрожжи 9 18

30% мол.кис.+ 20% ОМЧ 0 1

iraK.Na+50% Плесени и 0 1

воды+хит. с ММ 750 кДа дрожжи

30% мол.кис.+ 10% ОМЧ 0 0

naK.Na+60% Плесени и 0 0

воды+хит. с ММ 750 кДа дрожжи

Мол. кис.+лак.Иа ОМЧ 0 0

(60%+20%+20%воды) +хит. с ММ 750 кДа Плесени и дрожжи 0 0

Мол. кис.+лак.К ОМЧ 0 0

(60%+20%+20%воды) +хит. с ММ 750 кДа Плесени и дрожжи 0 0

30% МОЛ.КИС.+ 10% ОМЧ 0 0

лак.К+60% воды+хит. Плесени и 0 0

с ММ 750 кДа дрожжи

* ОМЧ - общее микробное число

Изучена критическая концентрация гелеобразования систем с хитозаном. Установлено, что в растворах кислот, буферной системе №3 (10% молоч.кис.+10% лактата К+80% воды), буферной системе №4 (5% молоч.кис.+5% лактата К+90% воды), буферной системе №5 (10% молоч.кис.+5% лактата К+85% воды) и буферной системе №6 (15% молоч.кис.+5% лактата К+80% воды) хитозаи в концентрации от 10% и выше не растворяется полностью, образуя комки.

Для установления полноты растворения хитозана в кислотах определяли индекс растворимости. Результаты показали, что свободной влаги в исследуемых образцах не выделяется, хитозан растворяется полностью, и исследуемые растворы являются устойчивой системой.

Был проведен нагрев систем с хитозаном. до температуры 71±ГС (температура в центре колбасного батона при варке). Показано, что изменение температуры не оказывает серьезного влияния на внешний вид системы. В системе слегка снижается вязкость, но при остывании возвращается к прежней консистенции.

На основании результатов проведенных исследований установлено, что хитозан более полно 'растворяется в молочной кислоте, образует стабильную, однородную систему, в которой не наблюдается фазового расслоения, характеризуется низкой микробной обсемененностью и стойкостью при хранении. Поэтому в качестве растворителя следует в дальнейшем использовать молочную кислоту (концентрацией 4%), количество вносимого хитозана должно составлять 4%.

Добавка на основе хитозана с молекулярной массой 200 кДа и молочной кислоты была названа «Хитовар» (патент РФ №2447668 от 20.04.2012 г.).

В четвертой главе «Исследование свойств комплексной добавки «Хитовар-Про» изучались реологические свойства систем на основе добавки «Хитовар» с различными низкомолекулярными солями (магний сернокислый, магний лимоннокислый, кальций молочнокислый, кальций хлористый), с целью получения структурированного геля для применения в составе вареных колбас. Это важно при производстве фаршевых мясных изделий, так как структурированность является важным функционально-технологическим показателем, характеризующим консистенцию готового продукта. Соли кислот, используемые для сшивания хитозана, допустимы к применению в пищевой промышленности (СанПиН 2.3.2.1293.-03).

Соотношение компонентов в системе для всех исследуемых структурообразующих агентов варьировалось от 1:2 до 1:10 с шагом 1.

Вязкость добавки «Хитовар» не зависит от скорости сдвига, что указывает на ньютоновский характер течения. При нагревании раствора «Хитовар» до температуры 71±1°С вязкость его уменьшается и также не зависит от скорости сдвига.

Установлено, что все исследуемые системы при температуре 71±ГС (температура в центре колбасного батона при варке) имеют характер ньютоновской жидкости и их значения вязкости крайне малы, что позволяет им равномерно распределяться в колбасном фарше. Однако, при введении в раствор «Хитовар» сульфата магния в соотношении 1:2 и 1:10 (рис.2) илилактата кальция с соотношением 1:2, 1:5 и 1:6 при температуре 20°С образуются гетерогенные системы. Поэтому данные системы сразу нагревали до 71±ГС для лучшей гомогенизации. Установлено, что после охлаждения системы с сульфатом магния не образовывали стойкой, однородной структуры. При добавлении хлорида кальция происходило фазовое расслоение с выделением низкомолекулярной фракции.

Композиции «лактат кальция:«Хитовар» при соотношении компонентов 1:2, 1:5 и 1:6 представляют собой гель с очень высокой вязкостью и твердой структурой, не позволяющей применять данные системы в составе вареных колбас. Данные композиции подвергали термообработке до 71±ГС. При

а) б)

Рис. 2. а - изменение вязкости композиций «сульфат магния:«Хитовар» с соотношением компонентов 1:2 и 1:10 при нагревании; б - Изменение вязкости композиции «цитрат магния : «Хитовар» с соотношением компонентов 1:10

этой температуре изменения в составе композиции практически не влияют на изменения значений вязкости.

Обнаружено (рис. 2 б), что в композициях с меньшим содержанием цитрата магния (1:10) начальные значения вязкости имеют достаточно высокие показатели, по сравнению с другими компонентами и концентрациями самого магния в системе. Возможно, это объясняется тем, что такое количество вносимого магния является достаточным для того, чтобы все функциональные группы молекулы хитозана образовали ионные связи. После остывания эта система лучше восстанавливает свои реологические свойства и имеет однородную, упругую структуру, позволяющую применять данную композицию в составе вареных колбасных изделий.

— Т тах

8 0.5--/в,-Т "дцрс -—-----"-

I о 1'<Г" .........'_____

5 о ф <5> ^ ^ ¿о # # # ^

Время, с

м при 1=20С —— — после термообработки при 1=25С

Рис. 3. Композиция «Цитрат магния : «Хитовар» = 1:10. Скорость сдвига 9 с"1

Для проверки стабильности композиций «цитрат магния : «Хитовар» в соотношении 1:10 было проведено измерение сдвигового напряжения (при скорости сдвига 9с" ) во времени (рис. 3).

Сразу после смешивания образуется дисперсная система со слабовыраженной пространственной структурой. После нагрева до 71±ГС композиции и последующего охлаждения до температуры 25°С значительно возрастает значение вязкости. Таким образом, за сутки хранения, продолжает развиваться процесс структурообразования, о чем свидетельствуют повышенные значения вязкости, появление предельного напряжения сдвига

(т,шх) на кривой зависимости. Появление ттах свидетельствует о том, что в системе имеет место процесс структурообразования, что характерно для физических гелей. Вероятно, данная система позволит получить упругую и стойкую структуру вареных колбасных изделий.

На рис. 4 представлены изменения деформационных свойств композиции «цитрат магния : «Хитовар» при снятии различных нагрузок в течение 10 суток хранения. Из графиков видно, что чем больше масса нагрузки, действующей на образец, тем выше степень деформации: система податлива. Также видно, что в процессе хранения образцов значения деформации уменьшаются.

Проведенные исследования показали, что композиция, состоящая из цитрата магния и раствора «Хитовар» в соотношении 1:10, обладает высокими значениями вязкости по сравнению с композициями, в состав которых входят другие компоненты и большее количество цитрата магния, как при Рис. 4. Изменение деформации температуре 20°С, так и после терми-

композиции «цитрат магния : ческой обработки. В системе протека-

«Хитовар» в процессе хранения ет процесс структурообразования,

причем с течением времени (1 сутки) структура системы упрочняется, что важно в технологическом аспекте получения вареной колбасы.

Таким образом, композиция с цитратом магния вполне технологична и может быть использована в технологии вареных колбасных изделий, как структурообразователь. Композиция, состоящая из цитрата магния и добавки «Хитовар» была названа «Хитовар-Про».

В пятой главе «Моделирование свойств фаршевой системы с использованием добавки «Хитовар-Про» было приготовлено несколько фаршевых опытных систем с внесением добавки «Хитовар-Про». Фарш готовили по рецептуре колбасы вареной «Черноморской» 2 сорта (ТУ 9213020-020 68640-96) - опытный образец №1. В опытном образце №2 содержание хитозана составляло 0,1% от массы сырья, в опытном образце №3 - 0,25% от массы сырья, в опытном образце №4 - 0,5% хитозана от массы сырья. Контрольный образец состоял из мясного модельного фарша без добавок.

Модельные фаршевые образцы подвергали тепловой обработке на водяной бане до достижения температуры в центре образца 71±1°С. Образцы исследовали в течение 7 суток. Все это время образцы хранили в бытовом холодильнике при температуре 6-8°С.

Изучение рН образцов показало (рис. 5), что значения этого показателя в процессе хранения сильно не изменяются и колеблются в пределах 6,15 в контрольном образце, 6,1 в опытном образце №1, 6,0 в опытном образце №2, 5,88 в опытном образце №3 и 5,79 в опытном образце №4 в первые сутки

0 г " -■-—-.-.-

200 400 600 800 Масса нагрузки, мг

2 сутки в 3 сутки 4 сутки

7 сутки — 8 сутки —* 10 сутки

хранения. Изменение значений рН зависит от концентрации хитозана в образце, чем меньше содержание добавки, тем выше значения рН.

Изучение содержания массовой доли влаги и водосвязывающей (ВСС) способности показало, что более высокие значения по данным показателям наблюдались у опытного образца №2 (рис. 6 а, б). У контрольного образца значения массовой доли влаги и ВСС значительно ниже по сравнению со всеми опытными образцами. Показатели ВСС наоборот возрастают с течением времени, что связано с тем, уменьшением количества несвязанной или слабосвязанной влаги.

6,2 6 5.8 £ 5.6 5.4 5,2 5

0 14 7

Продолжительность хранения, сут

□ Контроль иОпыт .образец N91 я Опыт .образец N22

□ Опыт.образецN23 «Опыт образец№4

Рис. 5. Изменение значений рН модельных образцов в процессе хранения

□ Контроль а Опьп\обраэец №1 в Опыт.образец №2|

□ Опыт.образец №3 ■ Опыт.образец №4

□ Контроль В Опыт.образец №1 ЕЗ Олыт.обраэец №2

□ Опыт.образец №3 ■ Опыт.образец №4

0 14 7

Прдолжительность хранения, сут

0 14 7

Продолжительность хранения, сут

а) б)

Рис. 6. а - изменение содержания влаги в образцах в процессе хранения; б - изменение ВСС образцов в процессе хранения

Все образцы модельных фаршевых систем подвергли микробиологическому исследованию.

Наличие БГКП во всех образцах обнаружено не были. Большее количество микроорганизмов, плесневых грибов и дрожжей было выявлено в контрольном образце и опытном образце №1. В опытных образцах №2, №3 и №4 наблюдался наименьший рост микроорганизмов, плесневых грибов и дрожжей, за счет смещения значений рН в кислую сторону.

Результаты выполненных микробиологических исследований показали, что введение в фарш добавки «Хитовар-Про» с концентрацией хитозана 0,1% и

-дот o.,t фарша=10С

а)

-дото.д фарша=10С -

- п осл е т о . [ фарш а=20С

-до т.о.,1 фарша=ЮС

<0 СО О CN со со

Время, мин

- до T.o.,t фарша=10С

в) г)

Рис. 7. Изменение деформации модельных образцов во времени. Опыт проводился на первые сутки после выработки: а - образец №1, б - образец №2, - образец №3, г - образец №4

0,25%, оказывает бак"гериостатическое действие, задерживает рост и развитие микроорганизмов в колбасном фарше.

Для исследования структурообразующих свойств добавки «Хитовар-Про» в модельных системах, были изучены изменение вязкости и деформации модельных систем до и после тепловой обработки.

Установлено, что вязкость всех исследуемых образцов при увеличении скорости сдвига уменьшается и практически равна нулевому значению. Начальные значения вязкости у всех образцов находятся примерно на одном уровне.

Из приведенного рисунка 7 видно,что после тепловой обработки образцы,

Время, мин

в состав которых входит добавка «Хитовар-Про», имели невысокие значения деформации. При снятии нагрузки происходит частичное восстановление структуры образцов, что говорит о наличие упругой структуры в опытных образцах. Часть деформации носит необратимый характер.

Изучение деформации проводили также спустя 4 суток, с целью выяснения, будет ли изменяться структура образцов в процессе хранения. Как было выявлено, податливость образцов практически не изменилась через 4 суток, как в случае до термообработки, так и после нее. Таким образом, в процессе хранения структура образцов остается неизменной.

Изучение предельного напряжения сдвига (ПНС) образцов, измеренное на пенетрометре «М.МО№>, показало, что у контрольного образца и опытного образца №1 самые высокие значения ПНС, которые увеличиваются в процессе хранения. Опытные образцы с содержанием хитозана 0,1% и 0,25% показали меньшие значения ПНС, являлись менее плотными и упругими (рис. 8).

0 1 2 4 6 7

Продолжительность хранения, сут

□ Контроль ■ Опыт.образец №1 в Опыт.образец №2

□ Опыт.образец №3 ■ Опыт.образец №4

Рис. 8. Изменение значений ПНС модельных образцов в процессе хранения

В шестой главе «Комплексные исследования функционально-технологических показателей и разработка технологии вареной колбасы с использованием добавки «Хитовар-Про» проведена апробация разработанной добавки и разработана рецептура вареной колбасы с внесением добавки «Хитовар-Про».

В условиях опытной станции кафедры «Технология мяса и мясных продуктов» ФГБУ ВПО «МГУПП» были выработаны образцы вареных колбас по рецептуре вареной колбасы «Черноморская» 2 сорта (табл.2). Без введения добавки «Хитовар-Про» - контрольный образец. В опытные образцы вводили разработанную добавку «Хитовар-Про» в количествах 2,5%, 6,25% и 12,5% добавки к массе сырья. Добавку вводили в состав на стадии куттерования.

В соответствии с общими требованиями к оценке характеристик качества вырабатываемой мясной продукции было проведено разностороннее исследование вареных колбасных изделий выработанных с применением разработанной добавки «Хитовар-Про».

Таблица 2

Рецептура колбасы «Черноморская» 2 сорта_

Наименование Об разцы

Контроль (колбаса «Черноморская») Опыт.образец №1 (2,5% «Хитовар-Про») Опыт, образец №2 (6,25% «Хитовар-Про») Опыт, образец №3 (12,5% «Хитовар-Про»)

Говядина жилованная 2 сорта, кг/100 кг сырья 55 55 55 55

Свинина

жилованная полужирная, кг/100 30 27 27 27

кг сырья

Мука соевая, кг/100 5 5 5 5

кг сырья

Вода на гидратацию

соевой муки, кг/100 кг сырья 10 10 10 10

Добавка «Хитовар-Про», л/ 100 кг сырья - 2,50 6,25 12,50

Нитрит Натрия, г/100 6,50 6,50 6,50 6,50

кг сырья

Соль поваренная, 2500 2500 2500 2500

г/100 кг сырья

Сахар-песок, г/ 100 100 100 100 100

кг сырья

Перец красный 50 50 50 50

молотый, г/100 кг

сырья

Перец душистый молотый, г/100 кг сырья 50 50 50 50

Кориандр молотый, 50 50 50 50

г/100 кг сырья

Комплексная

вкусоароматическая смесь, г/100 кг сырья 100 100 100 100

Чеснок, г/ 100 кг 100 100 100 100

сырья |

Результаты определения химического состава контрольного и опытных образцов, содержащих добавку «Хитовар-Про» (табл. 3), свидетельствуют о том, что в опытных образцах №1 и №2 содержание влаги выше, чем в остальных образцах. В опытном образце №1 массовая доля белка незначительно выше, чем в контрольном образце. В контрольном образце содержание жира и золы несколько больше, чем в опытных образцах. Это объясняется тем, что в опытных образцах была проведена замена мясного сырья добавкой «Хитовар-Про». Содержание массовой доли влаги в готовом продукте соответствует требованиям нормативной документации (ТУ 9213-02002068640-96).

Одним из значимых показателей качества мясной продукции является содержание в нем остаточного нитрита. Исходя из полученных данных видно

(табл. 3), что содержание остаточного нитрита во всех образцах находится на одном уровне и не превышает допустимых значений.

Таблица 3

Показатель Образцы

Контроль (колбаса «Черноморская») Опытный образец №1 (2,5% «Хитовар-Про») Опытный образец №2(6,25% «Хитовар-Про») Опытный образец №3 (12,5% «Хитовар-Про»)

Массовая доля влаги, % 71,02±0,10 72,61±0,20 72,45±0,20 72,53±0,20

Массовая доля белка, % 13,20±0,30 13,07±0,30 12,90±0,20 12,97±0,30

Массовая доля жира, % 12,13±0,20 11,72±0,30 11,78±0,30 11,76±0,30

Массовая доля золы, % 2,61±0,05 2,65±0,05 2,70±0,05 2,73±0,05

Содержание нитрита натрия, мг/100г продукта 1,45±0,20 1,43±0,30 1,39±0,20 1,46±0,40

ВУС, % 58,67±0,20 60,27±0,10 60,01±0,20 58,48±0,15

ЖУС, % 55,76±0,10 58,46±0,11 58,12±0,18 57,32±0,10

Напряжение среза, кПа 42,44±2,23 43,92±2,15 47,01±2,11 48,09±2,67

Из таблицы 3 видно, что введение добавки «Хитовар-Про» в состав вареных колбас способствует увеличению значений ВСС, ВУС и ЖУС. Причем увеличение этих показателей в большей степени наблюдается у опытного образца №1 с содержанием добавки 2,5%. По всей видимости, увеличение ВСС происходит за счет наличия в образцах биополимера хитозана, функциональные группы которого способны связывать воду.

Установлено, что контрольный образец обладает меньшими значениями напряжения среза, в то время как значения напряжения среза в образцах с добавкой «Хитовар-Про» в различных концентрациях несколько выше. В случае содержания «Хитовар-Про» в количестве 12,5% напряжение среза имеет наибольшие значения.

Увеличение значений напряжения среза в опытных образцах связано с количественным содержанием в них добавки «Хитовар-Про». Результаты измерения показывают, что у образцов, в состав которых входит добавка в количестве 12,5%, структура более упругая. Следовательно, можно сказать, что добавка «Хитовар-Про» позволяет получить продукт с более плотной структурой.

Результаты расчета выхода готовой продукции показали, выход у опытного образца с добавкой «Хитовар-Про» в количестве 12,5% увеличился на 2,3% и у опытного образца с концентрацией добавки 6,25% - на 2%. У опытного образца №1 с концентрацией добавки «Хитовар-Про» 2,5% наблюдаются наибольшие значения выхода готового продукта - 2,5% по сравнению с контролем.

рН водной вытяжки является одним из главных показателей для вареной колбасной продукции (табл.4). После выработки контрольного и опытных образцов вареной колбасы было измерено значение рН водных вытяжек этих образцов. Величина рН мяса и мясопродуктов влияет на такие показатели, как общая влага, ВСС и потери массы после термообработки.

Таблица 4

Изменение значений рН образцов вареных колбас

Образец Значение рН

фон 8 сутки хранения

Вода питьевая 6,40±0,02 -

Контроль 6,33±0,02 6,32±0,02

Опытный образец №1 6,18±0,02 6,19±0,02

Опытный образец №2 6,09±0,02 6,09±0,02

Опытный образец №3 6,01±0,02 6,02±0,02

У контрольного образца выработанной вареной колбасы значение рН выше, чем у всех опытных образцов. Незначительное снижение рН опытных образцов по сравнению с контрольным образцом связано с содержанием молочной кислоты в составе добавки «Хитовар-Про», причем в процессе хранения образцов значения рН находятся в пределах доверительного интервала.

Важным показателем является глубина и скорость перевариваемости белков в желудочно-кишечном тракте под действием пищеварительных ферментов. Проведены исследования по влиянию добавки «Хитовар-Про» на перевариваемость пищеварительными ферментами, результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5

Перевариваемость «in vitro» образцов вареных колбас_

Перевариваемость мг тирозина/г белка Образцы

Контроль Опыт, образец №1 Опыт, образец №2 Опыт, образец №3

Пепсином 6,13±0,08 7,21±0,11 6,88±0,09 6,56±0,10

Трипсином 12,20±0,10 13,27±0,09 12,80±0,11 12,57±0,09

Суммарная 18,33±0,10 20,48±0,11 19,68±0,11 19,13±0,10

Видно, что наибольшей доступностью действию пищеварительных ферментов характеризуется опытный образец №1. У остальных опытных образцов, содержащих добавку «Хитовар-Про», значения незначительно ниже,

но все-таки превышают значения в контрольном образце. Возможно, это связано с тем, что в состав добавки «Хитовар-Про» входит молочная кислота. Она способствует расщеплению белков мяса, которые в свою очередь лучше перевариваются в желудочно-кишечном тракте.

Наличие в составе добавки хитозана, который является по своей природе пищевым волокном, также положительно сказывается на работе желудочно-кишечного тракта. По мнению Тутельяна В.А. пищевые волокна, обволакивая желудочно-кишечный тракт, позволяют нормально функционировать пищеварительной системе и организму человека в целом. Хитозан способен стимулировать рост полезной микрофлоры, обладает сорбционными свойствами в отношении токсинов и канцерогенов, положительно влияет на углеводный и липидный обмен.

Были проведены микроструктурные исследования добавок «Хитовар» и «Хитовар-Про» на световом микроскопе при увеличении в 20 раз. Установлено, что добавки «Хитовар» и «Хитовар-Про» представляет собой однородную систему, которая не имеет плотных нерастворенных частиц.

В фарше добавка «Хитовар-Про» под микроскопом при увеличении в 10 раз видна в виде однородной массы. Она заполняет пространство между мышечными волокнами и другими структурными элементами фарша (рис. 9). Так же видны отдельные пучки и фрагменты мышечных волокон, имеющих поперечную исчерченность, капли жира из разрушенных жировых клеток. Встречаются также довольно крупные микропустоты овальной и круглой формы — это места, где были воздушные пустоты. Под микроскопом видна соединительная ткань, представленная коллагеном в виде тонких нитей.

Рис. 9. Микроструктура модельного фаршевого образца с введением добавки «Хитовар-Про» (Об. 10х)

Для того чтобы ответить на вопрос: способна ли добавка «Хитовар-Про» предупредить окисление жира, стабилизировать окислительные процессы в мясных продуктах, мы провели сравнительные исследования степени окисления липидов в процессе хранения опытных и контрольного образцов вареных колбас.

Показано (рис. 10 а, б), что на протяжении всего процесса хранения идет возрастание значений кислотного и перекисного чисел. В опытных образцах значение кислотного числа ниже, по сравнению с контролем. В контрольном и

опытном образце №1 наблюдается наибольшее число перекисей. В образцах №2 и №3, с концентрацией добавки 6,25 и 12,5 % к массе сырья соответственно, на протяжении всего срока хранения идет меньшее накопление перекисей. Внесение в рецептуру продукта добавки «Хитовар-Про» позволяет предупредить окислительные процессы жиров в составе исследуемого продукта.

ода о.э N П.25 s5 D.2

С 0.15

0,1 0,05

1 4 6 8 11

Продолжительность хранения, сут

-Контроль "Опыт.образец Ni2

—Соыт. образец N«1 ™ Спыт.образец Ni3

I 4 6 8 11

Продолжительность хранения, сут

— Контроль

- -Опыт.образец NQ2

- Опыт оьраэец NQ1 -Опыт образец №3

а) б)

Рис. 10. Изменение а - кислотного числа, б - перекисного числа в процессе хранения вареных колбас

в) г)

Рис. 11. Изучение деформации образцов вареной колбасы: а — контроль, б — опытный образец №1, в - опытный образец №2, г - опытный образец №3

—«— 1 сут. хранения —■— £ сут. хранения 8 сут. хранения_—•—13 сут. хранения

-1 сут. хранение 8 сут. хранения

* ^ (S ^ ^ f ^ -f> f Время. МИН

* A ^ г{Ъ rfb ф

Время, МИН

^ ^ Ъ А <ъ N«> ЛЪ <р ф

Время, МИН

—•— I сут. хранения —■— 5 с/т. хранения _В сут хранения_—•— 13 сут. хэанетя

_Время, мин s_

I ♦ 1 сут. хранения —Ш— 5 сут. хранения |_8 сут. хранения_—•— 13 сут. хргнения

Изучение реологических характеристик образцов вареной колбасы показало (рис. 1 1), что через сутки после выработки образцы имели довольно высокие значения деформации, что говорит об упругой структуре продукта.

На 13 сутки хранения у контрольного образца значения были наименьшими, этот образец меньше поддавался деформации, он был более плотным. Тогда как опытные образцы на 13 сутки были упругими и имели консистенцию свежего продукта. При сравнении с результатами измерения деформации модельных образцов видно, что образцы вареной колбасы более подвержены деформации. Но общая тенденция сохраняется.

Для установления влияния добавки «Хитовар-Про» на развитие микрофлоры в вареных колбасных изделиях были проведены исследования микробной обсемененности колбасного фарша.

Рис. 12. Изменения общего микробного числа колбасного фарша в процессе

хранения

□ Контроль ■ Олыт.обраэец Na1 □ Опыт.образец N92 □ Опыт.образец Ne3

4 6 6

Продолжите л ьностъ хранения, сут

Результаты (рис. 12) показывают, что опытные образцы в процессе хранения имеют более низкую, чем в контроле, микробную обсемененность. Уже на 6 сутки хранения в контрольном образце наблюдалось развитие микроорганизмов. Тогда как в опытных образцах их развитие начиналось только к 11 суткам хранения.

В опытном образце №3, содержащем 12,5% добавки «Хитовар-Про», наблюдается наименьшее развитие микроорганизмов в процессе хранения.

При проведении микробиологических исследований выработанных колбас БГКП, рода сальмонелл и S. aureus во всех образцах продукта не были выявлены. Таким образом, исследуемый продукт отвечает требованию нормативных документов (ТУ 9213-020-02068640-96).

Введение в фарш добавки «Хитовар-Про», оказывая антимикробное действие, снижает вероятность развития микроорганизмов в продукте, тем самым позволяя увеличивать срок годности готового продукта.

Органолептическая оценка образцов вареной колбасы показала, что все образцы характеризуются розовым цветом, свойственным цвету для данного вида продукта и мало отличаются между собой. Аромат у всех образцов характерный, свойственный свежему мясному продукту (рис. 13).

Органолептическая оценка изделий показала, что опытные образцы №1 и №2, в состав которых входила добавка «Хитовар-Про» в количестве 2,5% и 6,25% соответственно, отличались более плотной и упругой консистенцией по сравнению с контрольным и опытным образцом №3.

Вкусовые показатели у опытного образца №1 были достаточно высокими, соответствовали вкусу свежего вареного колбасного изделия. Опытный образец №3 характеризовался небольшим привкусом, при дегустации складывалось ощущение присутствия посторонних включений в образце.

Внеииий ид

—♦—Контроль Опыт.образец N91 Опыт.образец N82 -Опыт.образец Ns3

Рис. 13. Органолептическая оценка образцов вареных колбас

Анализируя полученные данные можно сделать вывод, что с введением добавки «Хитовар-Про» в состав вареных колбасных изделий в количестве 2,5% к массе сырья, отмечается улучшение консистенции и аромата продукта.

Исследование таких функциональных и технологических свойств как ВСС, ВУС и ЖУС, структурно-механические свойства, микробиологические показали, реологические свойства показало, что во всех опытных образцах, перечисленные показатели выше, чем в контрольных образцах, что говорит о преимуществе использования в производстве колбас добавки «Хитовар-Про».

Исходя из результатов проведенных исследований, характеризующих качество готового продукта, а также в соответствии с МУК 4.2.1847 «Санитарно-эпидемиологическая оценка обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов» можно сказать, что добавка «Хитовар-Про» (рекомендуемая концентрация 2,5%) может быть использована для увеличения сроков годности до 8 суток при производстве вареных колбасных изделий.

На основании проведенных исследований предложена технология вареной колбасы.

Отличительной особенностью предлагаемой технологии вареной колбасы является использование разработанной новой добавки «Хитовар-Про», обладающей структурообразующей способностью и антимикробными свойствами.

їм \

/ Растворение хитозана с ММ І 200 кДа в молочной кислоте с J \ концентрацией 4% J

С Подготовка сырья:

размораживание, разделка, обвалка, жиловка. измельчение

Л.

С Перемешивание в мешалке и выдержка в течение 12-24 ч пои темпеоатуре 20-25°С

Ж

ж

К полученному раствору добавляют цитрат магния | соотношении компонентов 1:10

Подготовка пряностей, специй,гидратация соевой муки

Измельчение на волчке с диаметром отверстий оешетки2-6 мм

Ж

Посол сухой солью и выдержка в \ посоле при температуре 2 С 12- ) 24ч /

Ж

Приготовление фарша на куттере с добавлением добавки «Хитовар-Про» (2.5% к массе сырья)

Ж

Наполнение оболочек, формирование батонов

п

Подсушка и обжарка при температуре 90°С

п

Варка при температуре 73-85°С 40-50 мин до температуры в центре батона 71±1°С

Ж

Охлаждение до температуры в центре батона 04 °С ;

С

ж

Контроль качества

Ж

3

Упаковка, маркировка, хранение при температуре 0-6°С

Рис. 16. Технологическая схема вареной колбасы «Елизаветинская»

В предлагаемой технологии добавку «Хитовар-Про» следует вводить в виде раствора в количестве 2,5% к массе сырья при составлении фарша на куттере.

Технологическая схема вареной колбасы «Елизаветинская» по предлагаемой технологии приведена на рисунке 16.

Предполагаемая технология прошла апробацию в лабораторных условиях ФГБОУ ВПО МГУПП и получила положительную оценку.

ВЫВОДЫ

1. Разработана добавка «Хитовар-Про» на основе хитозана для применения в технологии вареных колбас, предназначенная для пролонгирования сроков годности и улучшения структурно-механических показателей вареных колбас.

2. На основании проведенного мониторинга растворителей установлено, что хитозан в наибольшей степени растворяется и образует более стойкие и однородные системы в молочной кислоте концентрацией 4%. Полученная система была названа добавка «Хитовар».

3. Проведено исследование реологических гелей и многокомпонентных систем, на основе добавки «Хитовар» с целью выбора сшивающего агента для разработки антимикробной и структурообразующей добавки «Хитовар-Про», предназначенной для введения в вареных колбасные изделия для пролонгирования сроков годности и улучшения консистенции. Установлено, что наиболее структурированная и стойкая система образуется при использовании цитрата магния. Соотношение цитрата магния и добавки «Хитовар» составило 1:10.

4. На основании изучения реологических свойств мясных модельных фаршевых систем установлено, что хитозан + молочная кислота + цитрат магния обеспечивают получение мясного продукта с более упругой и плотной консистеицисй.

5. На основании комплексной оценки физико-химических и структурно-механических характеристик мясных модельных фаршевых систем оптимизирован состав основного сырья вареной колбасы «Черноморская» с использованием добавки «Хитовар-Про».

6. На примере вареных колбас, изготовленных в условиях опытной станции кафедры «Технология мяса и мясных продуктов» ФГБУ ВПО «МГУПП» установлено, что добавка «Хитовар-Про» способствует увеличению значений ВУС и ЖУС, торможению развития окислительного процесса, некоторому увеличению показателей перевариваемости, улучшению структуры продукта, подавлению развития микроорганизмов, что позволило увеличить срок годности вареной колбасы.

7. Выявлено, что наиболее рациональной концентрацией добавки «Хитовар-Про» для введения в фарш вареной колбасы «Елизаветинская» является концентрация в 2,5%. Расчетный экономический эффект от внедрения добавки «Хитовар-Про» составляет 5391,58 руб. на 1 тонну готовой продукции.

8. Разработаны проекты технической документации на добавку «Хитовар-Про» для вареных колбасных изделий и колбасу вареную «Елизаветинскую» с использованием разработанной добавки.

9. Получен патент РФ №> 2447668 от 20.04.2012 г. на способ увеличения сроков годности вареных колбас в белковой оболочке.

По материалам диссертационной работы опубликованы следующие

работы:

1. Петрова Е.А. Биоконсервирование в технологии мясных продуктов [Текст] / Е.А. Петрова, Н.В. Барабанова, С.Ю. Егорова, JI.C. Кузнецова // Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии и средства переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания: материалы международной научной конференции студентов и молодых ученых. - М.: МГУПБ, 2009. - С. 118 - 119.

2. Кузнецова JI.C. Съедобная упаковка в технологии мясных и молочных продуктов питания [Текст] / JI.C. Кузнецова, М.Н. Нагула, Е.В. Казакова, Е.А. Петрова // Применение современных биотехнологий в пищевой промышленности: материалы международного семинара-выставки. - Ханой (Вьетнам): Российский центр науки и культуры, 2009. - С. 7 - 8.

3. Петрова Е.А. Разработка противоплесневой композиции на основе хитозана [Текст] / Е.А. Петрова, Н.В. Барабанова, М.Н. Нагула, JI.C. Кузнецова // Иммунопатология, аллергология, инфектология, 2010. -№ 1. - С. 223 - 224.

4. Кузнецова JI.C. Изменения в составе мицелиальных грибов, поражающих поверхность мясных и молочных продуктов питания [Текст] / JI.C. Кузнецова, Н.В. Михеева, Е.В. Казакова, М.Н. Нагула, Н.В. Барабанова, Е.А. Петрова // Биотехнология: экология крупных городов: материалы Московской международной научно-практической конференции - М.: «Экспо - биохим -технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2010. - С. 517.

5. Петрова Е.А. Применение хитозана в технологии мясных продуктов [Текст] / Е.А. Петрова, М.Н. Нагула, JI.C. Кузнецова, И.В. Глазкова// Живые системы и биологическая безопасность населения»: материалы VIII-ой международной научной конференции студентов и молодых ученых. - М.: МГУПБ, 2010. - С. 88-90.

6. Петрова Е.А. Применение хитозана в технологии вареных колбас [Текст] / Е.А. Петрова, JI.C. Кузнецова // Биотехнология: состояние и перспективы развития: материалы VI Московского международного конгресса - М.: ЗАО «Экспо - биохим - технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2011 - С. 207-208.

7. Петрова Е.А. Реологические свойства систем на основе хитозана [Текст] / Е.А. Петрова, O.A. Легонькова // Живые системы и биологическая безопасность населения: материалы IX-ой международной научной конференции студентов и молодых ученых. - М.: МГУПП, 2011. - С. 186-188.

8. Петрова Е.А. Функциональный мясной продукт с добавлением хитозана [Текст] / Е.А. Петрова, O.A. Легонькова // Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества: материалы первого международного конгресса. - М.: ФГБОУ ВПО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», 2011. - С. 73-75.

9. Петрова Е.А. Применение хитозана в мясной индустрии [Текст] / Е.А. Петрова, O.A. Легонькова//Пищевая промышленность, 2012. - №1. - С. 49-51.

10. Петрова Е.А. Реологические свойства систем на основе хитозана [Текст] /

Е.Л. Петрова, O.A. Легонькова, В.Г. Васильев // Мясная индустрия, 2012. - №2. - С. 42-46.

П.Петрова Е.А. Реологические свойства систем на основе хитозана для применения в технологии вареных колбас [Текст] / Е.А. Петрова, O.A. Легонькова // Фармацевтические и медицинские биотехнологии: материалы международной научно-практической конференции. - М.: ЗАО «Экспо -биохим - технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012. - С. 445. 12. Петрова Е.А. Способ увеличения сроков годности вареных колбас в белковой оболочке / Е.А. Петрова, Л.С. Кузнецова, М.Н. Нагула, Н.В. Барабанова // Патент РФ № 2447668 от 20.04.2012 г.

Отпечатано в типографии ООО "Франтера" Подписано к печати 14.03.2013г. Формат 60x84/16. Бумага "Офсетная №1" 80г/м2. Печать трафаретная. Усл.печ.л. 1,56. Тираж 100. Заказ 570.

WWW.FRANTERA.COM

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет пищевых производств

На правах рукописи

04201355049

Петрова Елизавета Алексеевна

Разработка добавки на основе хитозана для применения в технологии вареных

колбас

Специальность: 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук

Легонькова Ольга Александровна

Москва-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ И ПАТЕНТНЫХ ДАННЫХ

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 9

1.1. Применение хитозана в народном хозяйстве 9

1.2. Применение хитозана в пищевой промышленности 13

1.3. Применение хитозана и его производных в мясной

промышленности 14

1.3.1. Хитозан в составе мясных фаршей 15

1.3.2. Применение хитозана для защиты и модификации колбасных оболочек 17

1.3.3. Покрытия для мясных отрубов из хитозана 17

1.4. Свойства хитозана 18

1.4.1. Физико-химические свойства 19

1.4.2. Различные типы полимерных гелей и их реологические свойства 23

1.4.3. Антимикробные свойства 33

1.4.4. Органолептическая характеристика хитозана 34

1.4.5. Пищевая и биологическая ценность хитозана 34 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36 ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА. ОБЪЕКТЫ И

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 38

2.1. Схема эксперимента 38

2.2. Объекты исследования 39

2.3. Методы исследований 40

2.3.1. Физико-химические методы исследования 40

2.3.2. Микробиологические методы исследования 41

2.3.3. Методы исследования функционально-

технологических свойств 41

2.3.4.Методы определения реологических характеристик 42

2.3.5. Исследование органолептических показателей 44

2.3.6. Микроструктурные исследования 44

2.3.7. Метод определения степени переваривания 44

2.3.8. Обоснование сроков годности 45

2.3.9. Расчет экономической эффективности 45

2.3.10. Статистическая обработка результатов экспериментов 45 ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ДОБАВКИ «ХИТОВАР» И

ИЗУЧЕНИЕ ЕЕ СВОЙСТВ 46

3.1. Разработка добавки «Хитовар» 46

3.2. Исследование микробной стабильности систем на основе

хитозанав процессе хранения 53

3.3. Определение индекса растворимости систем на основе

хитозана 57

3.4. Определение изменения агрегатного состояния систем

на основе хитозана после термообработки 58

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ «ХИТОВАР-ПРО» 63

4.1. Определение сдвигового напряжения во времени 69

ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ МЯСНОЙ ФАРШЕВОЙ СИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ДОБАВКИ «ХИТОВАР-ПРО» 72

5.1. Изучение функционально-технологических свойств

мясных модельных фаршевых систем 72

5.1.1. Определение рН водных вытяжек и изучение

внешнего вида мясных модельных фаршевых систем 73

5.1.2. Определение массовой доли влаги и водосвязывающей способности мясных модельных фаршевых систем 75

5.2. Изучение реологических свойств мясных модельных

фаршевых систем 76

5.2.1 .Определение вязкости мясных модельных фаршевых систем

5.2.2. Определение податливости мясных модельных фаршевых систем в процессе хранения

5.2.3. Определение предельного напряжения сдвига мясных модельных фаршевых образцов

5.3. Микроструктурные исследования мясных модельных фаршевых систем

ГЛАВА 6. КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВАРЕНОЙ КОЛБАСЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОБАВКИ «ХИТОВАР-ПРО»

6.1. Исследование общего химического состава образцов вареной колбасы

6.2. Изучение функционально-технологических характеристик образцов вареной колбасы

6.3. Определение перевариваемости «in vitro» выработанных образцов вареной колбасы

6.4. Микроструктурное исследование образцов вареной колбасы

6.5. Исследование изменения кислотного и перекисного чисел в процессе хранения образцов вареной колбасы

6.6. Изучение реологических свойств выработанных образцов вареной колбасы

6.7. Микробиологическое исследование образцов вареной колбасы

6.8. Органолептическая оценка качества исследуемых образцов вареной колбасы

6.9. Разработка промышленной технологии вареной колбасы с использованием добавки «Хитовар-Про»

6.10. Расчет экономической эффективности производства вареной колбасы «Елизаветинская»

ВЫВОДЫ 105 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ

В ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ 107

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 108

ПРИЛОЖЕНИЯ 124

ВВЕДЕНИЕ

Вареные колбасные изделия являются наиболее распространенными и востребованными в России мясными продуктами. Они пользуются ежедневным спросом потребителей всех возрастных категорий. Объем их производства в настоящее время составляет более 60% от общего количества вырабатываемых мясных изделий [62].

Однако эта продукция зачастую имеет ограниченный срок годности, что существенно затрудняет ее реализацию: рекомендованные сроки годности вареной колбасной продукции, вырабатываемой по ГОСТ Р52196-2003, в натуральной оболочке и искусственной белковой оболочке типа «Белкозин» составляют не более 5 суток [80]. Вареные колбасные изделия содержат более 50% влаги, имеют упругую консистенцию, низкое содержание соли, лишь в незначительной степени пропитаны коптильными веществами (при обжарке), поэтому они менее стойки при хранении, чем сырокопченые, полукопченые и др. [61].

В современных условиях уделяется большое внимание поиску технологических решений увеличения сроков годности вареных колбасных изделий. Для этого используют новые виды оболочек и покрытий, различные пищевые добавки химического, биологического и природного происхождения, которые применяются как для непосредственного введения в фарш, так и для обработки поверхности колбас с целью улучшения качественных характеристик, таких как улучшение гелеобразующей, эмульгирующей, водосвязывающей и жироудерживающей способностей готового продукта, эффективное подавление развития порчи и рациональное использование сырья [95].

Известно, что для стабилизации качества мясных продуктов используются альгинаты и каррагинаны, клетчатка, крахмал, пектин, камеди, инулин, белковые текстураты, соевые изоляты и концентраты [108]. Для улучшения структурированности мясных продуктов применяют каррагинаны, камеди, фосфаты, карбоксиметилцеллюлозу [46, 47]. Однако в этом разнообразии добавок

биополимер хитозан остается вне поля зрения технологов, как с точки зрения стабилизации, так и улучшения структурно-механических показателей.

Известно, что хитозан обладает гелеобразующей и эмульгирующей способностями, проявляет сорбционные, адгезивные, антимикробные свойства, характеризуется нетоксичностыо, бактериостатичностыо и селективностью. Благодаря этим свойствам хитозан широко используют в биотехнологии, сельском хозяйстве, бумажной промышленности, в парфюмерии и косметике, ветеринарии. Изучению свойств и возможностей применения хитозана и его производных в пищевой промышленности посвящены научные работы отечественных и зарубежных ученых: Албулова А.И., Большакова И.Н., Быковой В.М., Варламова В.П., Динзбурга Л.И., Дрозд Н.Н, Куркиной Е.А., Липатовой И.М., Магомедовой О.В., Немцева С.В., Нудьга Л.А., Пестова A.B., Петрова В.А., Садового В.В., Самуйленко А.Я, Сафроновой Т.М., Тутельяна В.А., Фроловой М.А., Komisarczyk А., Krucinska I., Szosland L. и многих других.

Несмотря на то, что хитозан в мясной промышленности используется в составе покрытий для отрубов, при производстве колбасных оболочек, в составе паштетов и консервов, его применение в качестве комплексной пищевой добавки при производстве вареных колбас в качестве структурообразователя осталось пока без внимания технологов.

Научная новизна работы:

- изучена динамика растворения хитозана в различных органических кислотах. Выявлен вид растворителя, обеспечивающий полную растворимость хитозана. Установлена критическая концентрация хитозана;

- обоснован выбор сшивающего агента - цитрата магния и его количественное содержание в многокомпонентной структурированной системе на основе хитозана по реологическим характеристикам;

- установлено влияние добавки на основе хитозана на формирование структуры мясных фаршевых систем, приводящей к улучшению функционально-технологических свойств по сравнению с характеристиками продукта, выработанного по традиционной рецептуре.

Практическая значимость работы

- разработана антимикробная и структурообразующая добавка «Хитовар-Про» для применения в технологии вареных колбас с целью прологирования их срока годности и улучшения структурно-механических характеристик;

- разработан проект технической документации на добавку «Хитовар-Про»;

- разработан проект технической документации на вареную колбасу «Елизаветинская» с использованием добавки «Хитовар-Про»;

- новизна технического решения отражена в патенте РФ №2447668 от 20.04.2012г.[86].

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ И ПАТЕНТНЫХ ДАННЫХ

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1.1. Применение хитозана в народном хозяйстве

Во всем мире природный полисахарид хитозан находит самое широкое применение в различных областях человеческой деятельности. Такие области применения хитозана как сельское хозяйство [102], косметика [15], очистка сточных вод [55], бумажная промышленность [77], медицина [10], ветеринария [120], пищевая промышленность [13] используют хитозан, различающийся по молекулярной массе и степени деацетилирования, по содержанию основного вещества и белка [39].

Полисахарид хитозан - один из наиболее распространенных в природе органических соединений. Полиаминосахарид хитин, ближайшим производным которого является хитозан, начали употреблять в составе пищи много раньше, чем этот полимер был открыт и описан как химическое соединение. Хитин содержится в значительных количествах в таких распространенных продуктах как грибы, мясо ракообразных, пивные и пекарские дрожжи. Хитин составляет органическую основу внешнего скелета более экзотической пищи - зоопланктона, мелких насекомых, их личинок, употребляемых сырыми или обработанными [114,49].

Широкие возможности использования продуктов химического превращения хитозана благодаря нетоксичности и биодеградируемости делают его весьма ценным веществом для практического применения [3].

Учитывая необходимость выделения из панциря речного рака хитина для последующего превращения в хитозан, процесс получения хитозана будет складываться из следующих стадий: измельчение сырья, деминерализация, депротеинирование и деацетилирование (рис. 1) [44, 51]. Исследованиями установлено, что при измельчении панциря оптимальный средний размер частиц составляет 3-4 мм. Это позволяет увеличить активную поверхность материала при химических превращениях и облегчить его переработку на различных стадиях технологического процесса [44].

Стадия деминерализации проводится для удаления минеральных веществ, которые закрывают доступ реагентов к хитину. Процесс осуществляется обработкой измельченного панциря слабым раствором соляной кислоты, которая растворяет минеральные примеси, при температуре 85-95°С в течение 4-6 ч. Деминерализация проводится один раз, после чего осуществляется промывка водой до рН = 6-6,5 [115].

Стадия депротеинирования проводится с целью удаления из панциря белков и липидов. Это осуществляется путем обработки измельченного панциря слабым раствором гидроксида натрия при температуре 85-95 °С в течение 4-6 ч. Эта стадия проводится также один раз с последующей промывкой до рН=6-6,5 [115].

При обработке хитина концентрированным раствором гидроксида натрия при температуре кипения смеси в течение 20-30 мин происходит реакция деацетилирования [115]. Предварительно в зону реакции вводится 23% раствор перекиси водорода в количестве 0,03% от общей массы смеси, который выполняет отбеливающую функцию, а также стабилизатор

I

молекулярной массы (ионы , силикаты щелочных металлов, цеолиты, триаценин, сахарные кислоты) [44].

Стабилизатор молекулярной массы

Рис. 1. Технологическая схема получения хитозана, где 1- измельчитель; 2-загрузочный бункер; 3,4,7,8,9- бункеры; 5- батарея диффузоров; 6- смеситель-

автоклав; 10- сушилка.

Было также установлено, что температура деацетилирования, концентрация щелочи и продолжительность деацитилирования влияют на выход хитозана из хитина (%) при деацетилировании последнего [115, 48].

В сельском хозяйстве хитозан применяют для изготовления стимуляторов роста; ингибиторов иммунозащиты растений против грибковых заболеваний и насекомых-вредителей; для обработки семян и плодов; для создания удобрений, пестицидов и гербицидов продленного действия; для противонематодной обработки почвы, как почвенный репеллент; для продления сроков хранения фруктов и овощей (примерно на 30%) [3, 7, 14,81,82].

Применение хитозана в той или иной области обусловлено, прежде всего его молекулярной массой, которая в свою очередь зависит от источника сырья и от способа его получения [40]. Так, хитозаны с молекулярной массой до 35 кДа используют в качестве иммуностимулятора, радиопротектора, для покрытия микрокапсул и образования пленок. Полимер с молекулярной массой 30-100 кДа включают в состав БАД, вакцин и сывороток. В бумажной и текстильной промышленности, а также для отчистки сточных вод и сорбции тяжелых металлов целесообразно использование хитозана с диапазоном молекулярной массы 80-250 кДа. В пищевой, косметической промышленности преимущественно используют хитозан с молекулярной массой свыше 200 кДа [1, 79].

В отделе БАВ ВНИТИБП (г. Щелково) проведены исследования по получению хитозанов с высокими адсорбционными свойствами. Было установлено, что полисахарид со степенью деацетилирования от 87 до 97% и молекулярной массой от 50 до 250 кДа имеет более высокую сорбционную емкость (110мг/г). В частности, использование пищевого хитозана и его производных как энтеросорбента позволило создать целую серию биологически активных добавок к пище, обладающих липотропным действием и способствующих снижению массы тела и содержанию холестерина в крови [1, 63].

Введение в состав хитозановых пищевых добавок низкомолекулярных фракций (с молекулярной массой 10-30 кДа) способствует повышению защитных функций организма за счет проникновения этих фракций в кровь и стимулирующего воздействия на иммунокомпетентные клетки [2, 56].

В медицине стали использовать хитозан и его производные для получения комплекса инсулин-сульфат хитозана. Микроагрегаты, образованные смешением раствора белка с раствором сульфата хитозана, успешно используются как лечебный препарат для больных сахарным диабетом. А свойства, выявленные у данного комплекса, позволяют говорить о перспективах использования хитозана и его производных для получения полиэлектролитных микрочастиц, содержащих белки. Учитывая биоадгезивные свойства хитозана, подобного рода белковые микрочастицы могут найти применение для перорального или интраназального применения [8, 37]. Также в медицине и медицинской промышленности хитозан используют для приготовления лекарственных препаратов продленного действия; для производства гемосовместимого, биодеградируемого, высокопрочного во влажном состоянии шовного материала для хирургии; для изготовления ожого - и ранозаживляющих повязок; кровоостанавливающих губок; для изготовления контактных линз в офтальмологии; для изготовления искусственной кожи; пленок и мембран для анализа аппаратов искусственного кровообращения, искусственных почек; для получения препаратов заменителей гепарина; высокоэффективных противораковых препаратов и др. [3, 7, 41, 127].

В парфюмерии и косметике хитозан применяют для производства увлажняющих кремов, лосьонов, антистатиков, эмульгаторов, средств ухода за кожей и волосами, мыла [3, 7, 81]. В средствах очистки - для обработки пищевых отходов с возвратом субпродуктов в производство; для очистки питьевой воды от микроорганизмов и тяжелых металлов, для очистки бассейнов, для удаления красителей и дубильных веществ. В биотехнологии - для иммобилизации ферментов, живых клеток, выделения ценных белков. В меховой и кожевенной промышленности - в качестве препаратов для дубления кожи и мехов с целью замены хромовых дубителей и предотвращения вредных сбросов в канализацию; для улучшения товарного вида меха; для придания мехам стойкости к стирке. В фотопромышленности - для улучшения свойств и прочности слоев светочувствительных эмульсий; для получения влагопрочной подложки; для снижения плотности серебра с целью сокращения расхода. В бумажной

промышленности - для повышения прочности бумаги и ее стойкости к внешним воздействиям; для получения высококачественной бумаги из лиственной древесины; для производства влагопрочной термочувствительной бумаги. [3, 7, 81, 118].

Расширение исследований в области модифицирования и переработки хитина и хитозана в изделия разл