автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии мясопродуктов с использованием кавитационно-дезинтегрированных систем

На правах рукописи

Моргунова Анна Викторовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЯСОПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАВИТАЦИОШЮ-ДЕЗИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.18.04. - технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ставрополь - 2012

005044636

005044636

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Северо-Кавказском государственном техническом университете

Научный руководитель: Борисенко Людмила Александровна доктор технических наук, профессор Ставропольский институт кооперации AHO ВПО «БУКЭП», кафедра товароведения и технологии общественного питания, заведующий

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Жидков Владимир Евдокимович доктор технических наук, профессор Ставропольский технологический институт сервиса ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», ректор Запорожский Алексей Александрович доктор технических наук, старший научный сотрудник, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», кафедра технологии мясных и рыбных продуктов, профессор

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», г. Краснодар

Защита состоится 29 марта 2012 г в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ФГБОУ ВПО Северо-Кавказском государственном техническом университете по адресу: 355028, г. Ставрополь, нр. Кулакова, 2, ауд. К 308

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского государственного технического университета. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте СевКавГТУ www.ncstu.ru и ВАК РФ Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gov.ru/ru/dissertation/

Автореферат разослан « Y-^» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Шипулин В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В центре внимания современной идеологии здорового образа жизни находится полноценное сбалансированное питание. Нарушение питания приводит к нутриентной недостаточности, снижению адаптационно-компенсаторных возможностей организма, что способствует формированию гастроэнтерологической патологии или обострению хронических заболеваний. Тенденция, которая сегодня трактует понятие «здоровья», направлена па разработку новых видов мясопродуктов, характеризующихся нутриентной сбалансированностью, повышенной биологической безопасностью и безвредностью, с сохранением высокого их качества и хорошими экономическими показателями.

Решение проблемы возможно за счет комплексного использования сырья растительного и животного происхождения, так как с ними в организм человека поступают необходимые для жизни нутриенты - минеральные вещества, микроэлементы, витамины, жирные кислоты, пищевые волокна, фосфолипиды, микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности с пробиотической активностью, природные ангиоксиданты.

Большой вклад в решение фундаментальных основ технологий, ориентированных на выпуск соответствующей мировым стандартам высококачественной и высокопитательной продукции, в том числе и функционального назначения, внесли исследования Л. В. Антиповой, Л. А. Борисенко, А. М. Бражникова, А. И. Жаринова, Г. И. Касьянова, Н. Н. Липатова, А. Б. Лисицина, В. М. Поздняковского, И. А. Рогова, А. Г. Храмцова, С. Д. Шестакова, А.Т. 01р1оск, А.\»/о11еп и других ученых.

Наиболее эффективным способом сохранения полезных свойств нутриентносбалансированных продуктов является быстрая заморозка. Современные технологии замораживания пищевых продуктов позволяют сохранить качество сырья, сократить трудовые, материальные и энергетические затраты.

В существующих технологиях производства высококачественных колбасных изделий актуальным остается получение стабильных эмульсий. На практике для этого обычно применяют различные перемешивающие

устройства типа механических мешалок, коллоидных мельниц, центробежных эмульситаторов. Однако полученные таким образом жидкие смеси по качеству значительно уступают эмульсиям, приготовленным с помощью кавитационной дезинтеграции. Кроме того, анализ опыта работы ряда отечественных и зарубежных предприятий показывает, что стабильно высокое качество мясных изделий может быть получено за счет применения соответствующего способа водоподготовки. Наиболее перспективными и экологически безопасными технологиями обработки воды являются электрохимическая активация (ЭХА) и кавитационная дезинтеграция (КДВ), так как позволяют исключить использование каких-либо химических реагентов и способствуют интенсификации технологических процессов и повышению качества выпускаемой продукции.

На основании вышеизложенного, исследования по использованию активированных различными способами жидких систем для направленного регулирования функционально-технологических свойств эмульгированных мясопродуктов и их использование в разработке продуктов питания, сбалансированных по нутриентному составу, являются перспективными и составляют предмет настоящей диссертационной работы.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка технологии нутриентносбалансированных мясопродуктов с использованием кавитационно-дезинтегрированпых жидких систем.

В соответствии с намеченной целью работы при выполнении исследований решались следующие задачи:

- исследовать основные функционально-технологические свойства белкового препарата животного происхождения «Кат-гель 95»;

- провести сравнительный анализ получения белково-жировых эмульсий (БЖЭ) и фаршевых систем с применением процессов кавитации и гомогенизации;

- изучить процесс гелеобразования белковых систем, содержащих в качестве дисперсионной среды различные виды активированной воды;

исследовать физико-химические, структурно-механические, качественные, органолептические и микробиологические показатели модельных фаршевых систем и опытных образцов колбасных изделий, содержащих БЖЭ и белковые добавки, гидратированные активированной водой;

- обосновать возможность снижения количества вносимого и остаточного нитрита натрия и поваренной соли в колбасных изделиях при использовании кавитационной дезинтеграции;

разработать технологию производства вареной колбасы с применением активированных белоксодержащих систем и воды;

- изучить возможность использования активированных систем в качестве коагуляциониого раствора для получения колбасных изделий без оболочки;

разработать рецептуру и технологию производства быстрозамороженных колбасных изделий с овощами, сбалансированных по нутриентному составу;

- изучить кинетику изменения показателя активности воды (а*) в процессе хранения нового вида быстрозамороженных мясопродуктов, осуществить критериальную оценку их качественных и микробиологических показателей;

- провести промышленную апробацию разработанных технологий мясопродуктов, разработать проект технической документации нового вида вареной колбасы, оценить экономическую эффективность.

Научная новнзна. Научно обоснована целесообразность гидратации белкового препарата «Кат-гель 95» активированной различными способами водой с целыо направленного регулирования функционально-технологических свойств. Изучены процессы гелеобразования активированных различными способами белоксодержащих систем и способы получения БЖЭ при помощи акустической кавитации.

Разработана технология производства вареной колбасы с применением белково-жировой эмульсии и гелей, полученных с использованием кавитационной дезинтеграции, и активированных жидкостей на основе

кавитационной обработки щелочной фракции ЭХА-воды. На основании экспериментальных и аналитических исследований обоснована возможность снижения количества вносимого и остаточного нитрита натрия и поваренной соли в колбасных изделиях при использовании кавитационной активации.

Научно и экспериментально подтверждена возможность использования бинарной системы на основе анолита электрохимически активированной воды, подвергнутой кавитации, и хитозана низкомолекулярного пищевого водорастворимого в качестве коагуляционного раствора в технологиях колбасных изделий без оболочки.

На основе компьютерного проектирования разработаны рецептуры быстрозамороженных колбасных изделий с овощами, сбалансированных по аминокислотному и жирнокислотному составам, проведена критериальная оценка их качества.

Практическая значимость. В результате проведенных исследований разработаны рецептура, технология и проект технической документации нового вида вареной колбасы «Удачная».

На основе компьютерного проектирования и экспериментальных данных разработана технология нутриентносбалаУсированных быстрозамороженных колбасных изделий с овощами «Здоровье +» и «Польза» с использованием кавитационно-активированных систем. Предложенные технологии апробированы на предприятиях ООО Мясокомбинат «Олимпия», ОАО «Кавказ-мясо», ИП Панухин И.Г.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе СевКавГТУ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на региональных, межрегиональных и международных научно-технических конференциях: «Научный потенциал студенчества — будущему России» (Ставрополь, 2008), «Вузовская наука — Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2008 - 2010), научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ (Ставрополь, 2008 - 2011), «Совершенствование системы и методологии управления как важное условие повышения эффективности деятельности потребительской

кооперации» (Ставрополь, 2010), «Молодежная наука - пищевой промышленности» (Ставрополь, 2011).

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 17 печатных работ, в том числе в изданиях, рецензируемых ВАК РФ.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 190 источников и 14 приложений. Работа содержит 149 страниц основного текста, 24 рисунка и 16 таблиц.

Список сокращений, приведенных в работе: ПВ - питьевая водопроводная вода; ЩВ, KB - щелочная (католит) и кислая (анолит) фракции электрохимически активированной (ЭХЛ)-воды; КДВ - кавитационно-дезинтегрированная вода; (ЩВ+КДВ), (КВ+КДВ)- процесс двойной активации, осуществленный путем навигационного дезшгтегрировапия соответственно католита или анолига ЭХА-воды; БЖЭ - белково-жировая эмульсия; Ф'ГС - функционально-технологические свойства; CMC - структурно-механические свойства; ОВП — окнслительно-восстановительный потенциал; ВПС — водопоглощающая способность; ЖПС — жиропоглощающая способность; ВУС — водоудерживающая способность; ЭС — эмульгирующая способность; СЭ — стабильность эмульсии; ККГ— критическая концентрация гелеобразования; ВСС — водосвязывающая способность; ПНС - предельное напряжение сдвига; ПТО - потери при термообработке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, определены предмет, цель и задачи исследований диссертационной работы.

В первой главе проведен аналитический обзор литературы отечественных н зарубежных авторов о перспективах применения способов кавитационной активации в пищевой промышленности. На основании обобщения научно-технической информации определены направления исследований по изучению свойств пищевых систем, подвергнутых электрохимической активации и кавитационной дезинтеграции, их влияния на качественные показатели, характеристики безопасности и сроки хранения мясопродуктов.

Проанализированы современные технологические возможносги использования БЖЭ и структурообразующих пищевых систем в производстве эмульгированных колбасных изделий. Изучены способы

получения съедобной оболочки для колбасных изделий. Обоснована актуальность разработки технологии нутриентносбалансированных продуктов питания и консервирования их быстрым замораживанием.

Во второй главе приведены данные об организации работы и характеристика стандартных общепринятых и специальных методов исследований, разработана и представлена общая схема проведения экспериментов с комплексом изучаемых показателей (рис. 1), определены объекты и направления исследований.

Основные исследования выполнялись lía базе кафедр «Технология мяса и консервирования» и «Машины и аппараты пищевых производств» СевКаиГТУ. Микробиологические характеристики и показатели безопасности исследованы совместно с испытательным центром ФГБУ «Ставропольская межобластная ветеринарная лаборатория». Математическая обработка результатов экспериментов и компьютерное проектирование проводились с использованием пакета стандартных и специальных программ: Fisher, Statistica 6.0, MS Excel, Etalon, повторность опытов -трехкратная.

В третьей главе в соответствии со схемой постановки эксперимента и целью настоящей работы изучены основные ФТС белкового препарата животного происхождения «Кат-гель 95», гидратированного ПВ, ЩВ, КДВ, (ЩВ+КДВ)-водой, представленные в таблице 1.

Таблица 1 — Функционально-технологические свойства препарата «Кат-гель 95» (п= 3; V < 14) _

Наименование показателя Способ гидратации

ПВ ЩВ ВДВ ЩВ+КДВ

ВПС, % 458,3 539,3 677,3 673,5

ЖПС, % 191,1

ВУС, г воды/ г препарата 12,16_ 12,85 13,61 13,95

Индекс растворимости, см3 сырого осадка 1,68 1,45 1,27 1,20

Анализ представленных данных позволяет сделать вывод о

положительном воздействии различных видов активированной воды на

функциональные свойства белкового препарата, ответственные за формирование качественных характеристик готовой продукции.

1. Содержание влаги

2. pli

3. ОВП

4. ВПС белкового препарата

5.ЖПС белкового препарата

6. ВУС белкового препарата

7. Индекс растворимости

8. ЭС белкового препарата

9. ЭС фаршевых систем

10. СЭ фаршевых систем

11. Геле образующая способность

12. ККГ

13. ВСС

14. Пластичность

15. Прочности адгезии

16. ПНС

17. Г1ТО

18. Выход готового продукта

19. Степень пенетрации

20. Удельное сопр. резанию

21. ВУС готового продукта

22. Содержание ЫаС1

23.Остаточное содержание ЫаК02

24. Органолептические показатели

25. Микробиологические показатели

26. Показатели безопасности

27. Определение толщины коагуляционной пленки

28. Активность воды (а№)

29. Компьютерное проектирование А - Двухфакторный эксперимент

Рисунок Ï - Схема проведения исследований

Следующим этапом исследования являлось изучение эмульгирующей способности белкового препарата и анализ способов получения БЖЭ с использованием активированных жидкостей. При составлении БЖЭ проводилась сравнительная оценка различных способов их образования.

- традиционный способ (на гомогенизаторе);

- кавитационная обработка (на индустриальном звуковом процессоре «Hielscher Ultrasound Technology UP»).

Сравнительный анализ изучаемых способов образования эмульсии (рис. 2) позволил установить, что эмульсии, полученные на кавитационном дезинтеграторе, отличаются значительно большей стабильностью по сравнению с традиционным способом на гомогенизаторе.

Исходная доля жировой фазы, %

Рисунок 2 - Диаграмма стабильности эмульсий, полученных на гомогенизаторе и кавитационном дезинтеграторе с использованием питьевой водопроводной воды

Следует отметить, что наибольшая эмульгирующая способность белка в системе, полученной на ультразвуковом дезинтеграторе, достигает 150 граммов жира на 1 грамм белка. Максимальная эмульгирующая способность препарата в системе, полученной гомогенизацией, достигает 66,4 грамма жира на 1 грамм белка. Таким образом, наиболее перспективным и технологически обоснованным способом образования эмульсии следует считать ее получение на кавитационном дезинтеграторе, используемом в дальнейших исследованиях.

Диаграмма стабильности эмульсий при использовании воды, прошедшей активацию различными способами (ЩВ, КДВ, ЩВ+КДВ) приведена на рисунке 3. Контролем служила водопроводная вода (ВВ).

Исходная доля жировой фазы, °/о

Рисунок 3 - Диаграмма стабильности эмульсий при использовании воды, прошедшей активацию различными способами

Из анализа рисунка 3 следует, что наибольшей эмульгирующей способностью белок обладает при использовании воды, прошедшей двукратную активацию (ЩВ+КДВ) - 233 грамма жира на 1 грамм белка. При применении ЩВ эмульгирующая способность составляет 180 граммов жира на 1 грамм белка. Отделение жировой фракции в этих случаях начинает происходить при концентрации масла в системе 70-80 %, тогда как при использовании питьевой воды - уже при 50 %. Эмульгирующая способность белкового препарата при отсутствии отделения жировой фракции с использованием питьевой водопроводной воды обеспечивается при концентрации масла 50 % и составляет 100 граммов жира на 1 грамм белка.

Полученные результаты исследований эмульгирующей способности позволяют объективно судить о преимуществе использования щелочной фракции электроактивированной воды в качестве дисперсионной среды и получения белково-жировых эмульсий на кавитационном дезинтеграторе.

С целью определения возможного уровня замены мясного сырья белково-жировой эмульсией на основе препарата «Кат-гель 95», были

изучены эмульгирующая способность и стабильность эмульсии фаршевых систем (ЭСф, СЭф) в зависимости от уровня введения данного белка. Проведенные исследования по определению ЭСф позволили установить, что использование кавитационного аппарата при составлении модельных композиций, позволяет увеличить эмульгирующую способность. Стабильность эмульсий после нагревания при температуре 80 °С наибольшие значения имеет в образцах с ЩВ и (ЩВ+КДВ)-водой (рис. 4). При этом согласно полученным данным установлено, что с увеличением уровня введения белкового препарата «Кат-гель 95» в фаршевые системы повышаются значения исследуемых показателей.

50

Уровни введения белкового препарата в фаршевые системы

Рисунок 4 - Диаграмма стабильности эмульсий фаршевых систем в зависимости от вида используемой воды и уровня введения белкового препарата «Кат-гель 95»

Обобщая полученные данные можно сделать вывод, что при составлении рецептуры колбасных изделий с улучшенными функционально-технологическими свойствами можно заменять до 15 % мясного сырья на БЖЭ при использовании активированной воды и аппарата для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред и воды.

Целью следующего раздела научного исследования являлось определение особенностей протекания процесса гелеобразования в активированных системах, содержащих в качестве дисперсионной среды различные виды активированной воды (ЩВ, КДВ, ЩВ+КДВ).

Предварительными исследованиями было установлено, что препарат «Кат-гель 95» обладает высокой гелеобразугощей способностью и образует

прочные гели при гидратации питьевой водой в соотношении до 1:4, но при более высоком уровне гидратации образуются менее прочные гели. Однако следует отметить, что при использовании ЩВ, КДВ или (ЩВ+КДВ)-воды прочные гели образуются при гидратации до 1:6 (табл. 2). Одной из причин полученных значении предельного напряжения сдвига (ПНС) гелей может являться более упругая консистенция, так как сшивка молекул происходит на более высоком энергетическом уровне за счет наличия дополнительной энергии связи, способствующей формированию более «уплотненного» каркаса. Образованная таким образом пространственная структурная сетка обладает упругостью, способностью изгибаться и сворачиваться, оказывая большее сопротивление внешнему воздействию конуса индептора реовискозиметра.

Экспериментально установлены ККГ «Кат-гель 95» при гидратации ПВ, ЩВ, КДВ, (ЩВн-КДВ)-водой, составляющие концентрации препарата в системе 9,33%, 8,67%, 8,17%, 7,67% соответственно.

Таблица 2 - Гелеобразование белкового препарата «Кат-гель 95» (п=3; У<14) ___

При степени гидратации: ПНС, Па

ПВ ЩВ КДВ ЩВ+КДВ

1:2 через 2 часа 460 498 507 525

через 12 часов 511 547 559 576

через 24 часа 681 734 762 795

1:4 через 2 часа 384 413 420 436

через 12 часов 422 474 487 501

через 24 часа 576 636 648 675

1:6 через 2 часа 128 198 214 219

через 12 часов 140 217 246 259

через 24 часа 194 283 302 317

* Примечание: выдержка осуществлялась при температуре 4-6 °С.

Результаты комплекса проведенных исследований легли в основу разработки вареной колбасы 1 сорта «Удачная», рецептура которой представлена в таблице 3. В технологии производства предусмотрено использование кислой фракции электроактивированиой воды для охлаждения батонов готовых изделий с целью подавления развития микрофлоры и увеличения сроков хранения.

Таблица 3 — Рецептура опытных образцов вареной колбасы

Наименование мясного сырья, пищевых добавок, пряностей и материалов Сырье несоленое, кг на 100 кг

Контроль Опыт

Говядина жилованная Ісорт 40 40

Говядина жилованная жирная 20 5

Свинина жилованная полужирная 20 20

Молоко сухое 2 2

Белково-жировая эмульсия - 15

Белок «Кат-гель 95» 3 -

Вода (ПВ) для гидратации «Кат-гель 95» 12 -

Гель на основе «Кат-гель 95» - 15

Крахмал 3 3

Пряности и материалы, г на 100 кг несоленого сырья

Соль поваренная пищевая 2200

Нитрит натрия 6

Сахар 100

Кориандр 40

Орех мускатный 80

При изготовлении контрольных образцов составление фаршевой композиции осуществляли на куттере с дробным введением ледяной

водопроводной воды в количестве 25% сверх основной рецептуры и вносили белковый препарат «Кат-гель 95» в количестве 3%, а также водопроводную воду на гидратацию белка в количестве 12%. В опытных образцах предварительно получали белково-жировую эмульсию на индустриальном звуковом процессоре «Hielscher Ultrasound Technology UP» по разработанным режимам в соотношении вода:жир:белок соответственно 10:10:1 (по рекомендации фирмы-изготовителя «Gewürz Muhle Nesse»), при этом в фаршевых системах при куттеровании производили замену 15% говядины жилованной жирной на полученную эмульсию и вносили белковый препарат в виде геля в количестве 15%. Гидратацию белка производили в ЩВ, КДВ, (ЩВ+КДВ) -воде в зависимости от вида образцов в соотношении 1:4. Ледяную воду добавляли в количестве 25% сверх основной рецептуры, предварительно подвергнув ее активации - ЩВ, КДВ, (ЩВ+КДВ).

Полученные результаты исследований физико-химических, структурно-механических и органолептических показателей сырых фаршей и опытных образцов вареной колбасы приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Качественные и структурно-механические показатели сырых фаршей и опытных образцов вареной колбасы (п=3; У<14)

Показатели Контроль ПВ ЩВ кдв ЩВ+ КДВ

Содержание влаги, % -сырой фарш -готовый продукт 74,03 68,02 72,11 67,73 72,19 67,77 72,24 67,89

Величина рН -сырой фарш -готовый продукт 6,01 6,17 6,33 6,42 6,16 6,25 6,38 6,48

ОВП, мВ 130,0 69,0 96,0 38,0

ВСС фарша, % 87,8 92,2 93,1 94,4

Пластичность, см2 6,38 6,05 5,84 5,70

Прочность адгезии, Н/м2 692,7 540,7 651,5 567,3

ПНС, Па 701,6 736,9 750,3 772,4

Г1ТО, % 5,83 3,81 3,34 3,08

Выход, % 119,17 121,19 121,66 121,92

Степень пенетрации, мм 5,19 4,55 4,30 4,11

Удельное сопротивление резанию, Н/м 164,0 245,0 196,0 294,0

ВУС гот. продукта, % 90,59 93,36 93,78 94,31

Содержание №0, % 2,05 1,99 1.84 1,84

Остаточный нитрит, мг % 4,51 4,35 4,01 3,98

Органолепт. оценка, балл 3,90 4,20 4,60 4,70

Сопоставительный анализ данных по определению содержания остаточного нитрита натрия показал, что в образцах с использованием кавитационно-активированных систем его уровень ниже в среднем на 11-12% по сравнению с контролем. При определении содержания поваренной соли выявлено аналогичное изменение. Соль в воде после кавитационпого воздействия практически полностью диссоциирует на ионы. Применение двойной активации поды (ЩВ+КДВ) способствует интенсификации процессов перераспределения нитрита натрия и соли в продукте, лучшему их вовлечению в реакции цветообразования, формирования вкусо-ароматических свойств, микробиологические и окислительно-восстанопительпые процессы, в результате чего и снижается остаточное количество. На основании экспериментальных исследований обоснована целесообразность уменьшения количества вводимой соли и нитрита натрия в сырье, что в конечном итоге способствует повышению безопасности и безвредности продукта.

Микробиологическая и химико-токсикологическая оценка вареной колбасы «Удачная» выявила соответствие исследуемых показателей требованиям СапПин 2.3.2.1078-01. Установлено, что в опытных образцах КМАФАнМ несколько меньше (в 4 раза), чем в контрольных и составляет 2,0-102 КОЕ в 1 г продукта.

Разработанная технология производства вареной колбасы «Удачная» прошла промышленную апробацию и дегустационную оценку на предприятиях ООО мясокомбинат «Олимпия», ОАО «Кавказ-мясо». Разработан проект технической документации на колбасу вареную первого сорта «Удачная». Расчетный экономический эффект предлагаемой технологии составляет: 16,69 тысяч рублей на 1 тонну готовой продукции.

Одним из научных направлений диссертационной работы являлась разработка способа получения съедобных пищевых покрытий колбасных изделий методом погружения в резервуар с коагуляционным раствором. Проведенные аналитические исследования позволили прийти к заключению о возможности создания съедобного покрытия для колбасных изделий на основе растворов низкомолекулярного пищевого водорастворимого хитозана.

При реализации двухфакторного эксперимента научно обоснован способ получения колбасных изделий без оболочки с использованием в качестве функционального пищевого модуля — коагуляционного раствора на основе анолита ЭХА-воды, подвергнутой кавитации (КВ+КДВ), и хитозана низкомолекулярного пищевого водорастворимого в концентрации 2%. А полит обладает высокой активностью за счет накопленной потенциальной энергии, что значительно интенсифицирует процесс растворения. Эффект усиления растворимости в (КВ+КДВ)-водс заключается в способности кавитации придавать воде аномально высокую растворяющую способность.

Предварительно проведенные исследования, позволили определить диапазон варьирования входящих параметров. Изучение влияния выбранных параметров коагуляционного раствора проводилось в интервале температуры 55 - 70 °С, и при рН от 2,5 до 5,5 ед. Исследования проводились с учетом матрицы планирования эксперимента, представленной в таблице 5.

Таблица 5 — Интервалы варьирования факторов и полученные результаты в двухфаеторном эксперименте (п=3; У<14)

№ В безразмерном В нагуральпом я Содержание | влаги, \У, % | ■ _____1 к"

п/п виде выражении а" Э5! — С. _

X У Т, °С рН, ед. Л) ч « ° " Я 4 * о о ^ * С с щ с 3 о « о " с В с 5 3е о ~ с £ 1 * О £ а и >. СО

1 -1 -1 55 2,5 1.33 4.67 69,01 4,5 94,2

2 -1 +1 55 5,5 1,87 4,92 68,75 4,8 92,6

3 + 1 -1 70 2,5 2.84 5.05 67,98 4,4 95,0

4 + 1 +1 70 5,5 3,28 ^ 5,38 67,59 4,5 93,4

5 -1,414 0 51,895 4 1,56 5,98 69.23 4,8 91,7

6 +1,414 0 73,105 4 4,02 5,96 66,80 4,4 92,9

7 0 -1,414 62.5 1,879 2,43 4,55 68,32 4,4 94,8

8 0 + 1,414 62.5 6,121 3,15 4,97 67,44 4,7 91,1

9 0 0 62,5 4 2,54 4,71 68,26 4,6 92,7

Анализ поверхности отклика на рисунке 5 позволил установить, что наименьшие потери массы после коагуляции и термообработки горячим паром до готовности наблюдались у изделий, предварительная коагуляция которых проводилась в интервале температуры 59 - 65 °С и рН=2,0. Очевидно, за время тепловой коагуляции при температуре раствора выше 65 °С происходят денатурационные и коагуляционные изменения растворимых белковых веществ в поверхностном слое, что приводит к агрегированию белковых веществ, увеличению количества выплавляющегося жира, обезвоживанию и потерям азотистых и минеральных веществ; при температуре состава ниже 60 °С толщина образовавшегося коагуляционного слоя минимальна и происходит увеличение потерь массы при дальнейшей термообработке. При снижении рН раствора молекулы хитозана переходят из цепеобразиого в шарообразное состояние, н растворимость увеличивается, связываясь с мышечными белками, он защищает продукт от потерь массы. Данные факторы позволяют получить топкую пищевую пленку на поверхности колбасного изделия во время тепловой коагуляции, защищающую продукт от потерь влаги при дальнейшей термообработке.

6.2 5,8

50 52 54 56 58 60 62 6-1

Т, "С

СБ 68 70 72 74

а) б)

Рисунок 5 - Поверхность отклика (а) и изолинии ее сечения (б) потерь массы после термообработки образцов на пару в зависимости от значений уровня рН и температуры коагуляционного раствора

Толщина поверхностной оболочки, образовавшейся в процессе коагуляции, как видно из рисунка б, возрастает с увеличением температуры коагуляционного состава. Об этом свидетельствуют минимальные значения глубины проникновения иглы реовискозимегра в термообработанный продукт. Анализ поверхности отклика и изолиний ее сечения степени пенеграции позволили сделать вывод о прочности пленки колбасных изделий в диапазонах рН среды 2,0 - 2,5 и интервале температуры 60 -70°С.

6.5

6,0

5,5

5,0

4,5

§

4.0

X

с. 3,5

3,0

2.5

2,0

1.5

I* 5,0 ' 4,9 4.8 4.7

50 52 54 56 58 80 62 64 66 68 70 72 74 Т. °С

а) б)

Рисунок 6 - Поверхность отклика (а) и изолинии се сечения (б) зависимости степени пенеграции готовых образцов после коагуляции от значений уровня рН и температуры раствора

Вследствие комплексной обработки полученных экспериментальных данных с точки зрения снижения себестоимости и формирования наилучших качественных характеристик, следует рекомендовать следующие параметры проведения коагуляции: раствор на основе анолита электрохимически активированной воды, подвергнутой кавитации, и хитозана пищевого водорастворимого в концентрации 2%; уровень рН среды 2,0 2,5 ед., температура 60 65°С, продолжительность тепловой коагуляции в интервале 3-5-4 минуты. Качественные и микробиологические показатели колбасных изделий без оболочки изучались совместно с испытательным центром ФГБУ «Ставропольская межобластная ветеринарная лаборатория».

В четвертой главе при помощи программы «Etalon» (СевКавГГУ) разработаны рецептуры и технологии производства быстрозамороженных колбасных изделий с овощным гарниром, сбалансированных по аминокислотному и жирнокислотному составам (рис. 7, 8).

0-50 0.« С.ЭГ-0,20 0.10 о.со

! ОвтНОНН-.ЦИСТНН

Фенмпалают'тирази

Мрнптовом ? BonII?

Рисунок 7 — Графическое изображение частных функций желательности аминокислотного состава рецептурной композиции «Здоровье +»

Рисунок 8 - Графическое изображение частных функций желательности жирнокислотного состава рецептурной композиции «Здоровье +»

Ватт

Технологическая схема производства быстрозамороженных колбасных изделий с овощами «Здоровье +» и «Польза» приведена на рисунке 9.

Рисунок 9 — Технологическая схема производства быстрозамороженных колбасных изделий с овощами «Здоровье +» и «Польза»

Введение в состав эмульсии колбасных изделий свиного жира и высокоолеинового подсолнечного дезодорированного масла, а также

включение в разработанные рецептуры гарниров, состоящих из моркови, риса, кукурузы, сладкого перца, капусты брокколи, лука и грибного порошка из шампиньонов, позволило максимально сбалансировать аминокислотный и жирнокислотный составы готовых продуктов и повысить содержание основных витаминов, макро- и микроэлементов.

Проведена комплексная оценка качественных характеристик, микробиологических показателей, химико-токсикологических исследований, кинетики изменения активности воды испытуемых образцов. Установлен срок хранения быстрозамороженных колбасных изделий с овощами «Здоровье +» и «Польза» не более 3 месяцев со дня выработки при температуре не выше - 18 С, 5 месяцев при температуре не выше - 30 С.

Разработанные технологии производства быстрозамороженных колбасных изделий с овощами «Здоровье +» и «Польза» прошли промышленную апробацию на предприятиях ОАО «Кавказ-мясо», ИП Панухин И. Г.

ВЫВОДЫ

1. Обоснована актуальность исследований по изучению свойств систем, подвергнутых электрохимической активации и кавитациопной дезинтеграции, и их влияния на качественные показатели, характеристики безопасности и сроки храпения мясных продуктов.

2. Экспериментально установлено, что сочетание двойной активации воды (ЩВ+КДВ) приводит к улучшению функционально-технологических свойств гидратированной белковой добавки «Кат-гель 95». Выявлено, что наиболее перспективным способом получения белково-жировых эмульсий (БЖЭ) является использование кавитациопной дезинтеграции жидких сред позволяющее увеличить эмульгирующую способность белоксодержащих систем.

3. Проведена сравнительная оценка прочностных характеристик пищевых гелей, содержащих в качестве дисперсионной среды различные виды активированной воды. Экспериментально установлены критические концентрации гелеобразовапия (ККГ) белкового препарата «Кат-гель 95» при гидратации ПВ, ЩВ, КДВ, (ЩВ+КДВ)-водой. Выявлено, что использование

двойной активации воды позволяет получить максимально прочные гели (ККГ отмечена при концентрации препарата в системе 7,67 %).

4. Разработана технология вареной колбасы «Удачная». Экспериментально показано, что включение в рецептуру БЖЭ и геля на основе «Кат-гель 95», полученных с использованием кавитациопного дезинтегратора, способствует стабилизации системы и увеличению выхода готового продукта на 2,75 %. Микробиологическая и химико-токсикологическая оценка опытных образцов выявила соответствие исследуемых показателей требованиям СанПин 2.3.2.1078-01.

5. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность снижения вносимого и остаточного количества нитрита натрия, поваренной соли при производстве колбасных изделий с использованием кавитационно-активированиых систем.

6. Изучена возможность использования активированных жидких сред для производства колбасных изделий без оболочки. Определены оптимальные параметры коагуляции поверхностного слоя фарша: раствор хитозана (пищевого водорастворимого в концентрации 2%) па основе аполита электрохимически активированной воды, подвергнутой кавитации; уровень рН среды 2,0 + 2,5 ед., температура 60 + 65°С, продолжительность тепловой коагуляции 3 + 4 минуты.

7. На основе компьютерного проектирования разработаны рецептуры и технологии производства быстрозамороженных колбасных изделий с овощами «Здоровье +» и «Польза». Комбинирование мясного и растительного сырья, активированных белоксодержащих систем позволило получить продукты с высоким содержанием витаминов, макро- и микроэлементов, сбалансированных по аминокислотному и жирнокислотпому составам.

8. Проведена комплексная оценка качественных характеристик, микробиологических показателей, химико-токсикологических исследований, кинетики изменения активности воды испытуемых образцов. Установлен срок хранения быстрозамороженных колбасных изделий с овощами «Здоровье +» и «Польза» не более 3 месяцев со дня выработки при температуре не выше - 18 °С, 5 месяцев при температуре не выше - 30 °С.

9. Проведена промышленная апробация предлагаемых технологий производства колбасы «Удачная» и быстрозамороженных колбасных изделий с овощами «Здоровье +» и «Пол),за» на предприятиях ООО Мясокомбинат «Олимпия», ОЛО «Кавказ-мясо», ИП Панухиц И.Г.

Разработай проект технической документации на колбасу вареную «Удачная», определена экономическая эффективность технологии.

Г1о материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Борисенко, A.A. Разработки по научному направлению «нанобиоэлектротехнологии» / A.A. Борисенко, Л.Л. Борисенко, A.B. Лагерева (Моргунова) и др. //Материалы XXXVII научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2007 год, т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2008.-С. 100.

2. Борисенко, Л.А. Использование активированных полнкомпопептных систем в производстве вареных колбас / J1.A. Борисенко, A.A. Борисенко, A.B. Зорин, A.B. Лагерсва // Материалы XXXVII научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2007 год, т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2008.-С. 119.

3. Лагсрсва, (Моргунова) A.B. Изучение эмульгирующей способности белковых препаратов с применением процесса кавитации и гомогенизации / A.B. Лагерева, A.B. Зорин // Материалы II международной научной студенческой конференции «Научный потенциал студенчества - будущему России», т.З. Биотехнология, пищевая промышленность. — Ставрополь: СевКавГТУ, 2008. — С. 110.

4. Борисенко, A.A. Современные нанобиотехнологии в производстве вареных колбас / A.A. Борисенко, Л.А. Борисенко, A.B. Лагерсва (Моргунова) и др. // Мясной ряд, № 1,2008,- С.42-43.

5. Борисенко, Л.А. Разработка технологии производства колбасных изделий с использованием активированных жидких систем / Л.А. Борисенко, A.A. Борисенко, A.B. Лагерсва (Моргунова) и др. // Вестник СевКавГТУ. - Ставрополь : СевКавГТУ, 2008.-№2(15).-С. 100-102.

6. Лагсрсва, (Моргунова) A.B. Разработка рецептур новых видов быстрозамороженных блюд с использованием компьютерного проектирования / Л.А. Борисенко, A.A. Борисенко, A.B. Лагерсва и др. // Материалы XII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука — Северо-Кавказскому региону», т. 1. Естественные н точные науки. Технические и прикладные пауки. — Ставрополь: СевКавГТУ, 2008.-С. 217.

7. Лагсрсва, (Моргунова) A.B. Перспективные направления использования кавитационно дезинтегрированных систем в производстве мясопродуктов / Л.А. Борисенко, A.A. Борисенко, A.B. Лагерева (Моргунова) и др. // Сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Продовольствие», №5. - Ставрополь: СевКавГГУ, 2009. -С. 98-101.

8. Борисенко, Л.А. Применение кавитаиионнон обработки воды для создания продуктов с антпоксидантпымп и бактерицидными свойствами / Л.А. Борисенко,

A.A. Борисенко, A.B. Лагерспа (Моргунова) и др. // Материалы XXXVIII научно-технической конференции но итогам работы профессорско-преподавательского состава СсвКавГТУ за 200В год, т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. - Ставрополь: СевКав1ТУ, 2009. - С. 162-163.

9. Моргунова, A.B. О вреде чрезмерного употребления поваренной соли и возможности снижения ее количества в мясопродустах при использовании кавитации/ Л.А. Борисенко, A.A. Борисепко, A.B. Моргунова // Материалы XIII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. - Ставрополь: СсвКавГТУ, 2009. - С. 167-163.

10. Борисенко, Л.А. Пути снижения остаточного нитрита натрия в мясопродуктах методами ультразвуковой кавитации / Л.А. Борисенко, A.A. Борисенко, A.B. Моргунова и др. // Материалы XXXIX научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2009 год, т. I. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2010.-С. 166-167.

11. Моргунова, A.B. Новое направление производства безопасных мясных продуктов / Л.А. Борисенко, A.B. Моргунова // Материалы X межрегиональной научно-практической конференции «Совершенствование системы и методологии управления как важное условие повышения эффективности деятельности потребительской кооперации», ч. 3. - Ставрополь: СКИ БУПК, 2010. - С. 52 - 55.

12. Моргунова, A.B. Влияние активированной воды на функционально-технологические свойства белкового препарата «Кат-гель 95» / A.B. Моргунова, A.A. Борисепко, Л.А. Борисенко и др. // Вестник СевКавГТУ. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2011.-№1 (26).-С. 124-126.

13. Моргунова, A.B. Направленное регулирование качественных свойств колбасных изделий белковым препаратом «Кат-гсль 95» / Л.А. Борисенко, A.A. Борисенко, A.B. Моргунова // Материалы XIV региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», т. !. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2.010. - С. 224-225.

14. Борисенко, Л.А. Изучение процесса гелеобразоьания на основе кавитационно-активироваиных белковых систем / Л.А. Борисенко, A.A. Борисенко, A.B. Моргунова // Материалы XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год, т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2011.-С. 203-205.

15. Моргунова A.B. Применение инновационных методов обработки сырья в технологиях мясных изделий / Ю.В. Митякина, Л.А. Борисепко, A.B. Моргунова и др. // Материалы II международной научной конференции «Молодежная паука -пищевой промышленности». - Ставрополь: СевКавГТУ, 2011 - С. 25- 29.

16. Mopiyiioea A.B. Пищевое сырье как объект технолог ии криоконсервирования и криосепарацин / Г.И. Касьянов, И.Е. Сязпн, М.И. Лугшшн, A.B. Моргунова//Известия вузов. Пищевая технология. - Краснодар : КубГТУ, 2011. - №2-3. - С. 40-43.

17. Моргунова, A.B. Применение активации водных систем в технологии производства колбасных изделий нового поколения / A.B. Моргунова, Л.А. Борисенко, A.A. Борисенко и др. // Вестник СевКавГТУ. - Ставрополь : СевКавГТУ, 2012. -№1 (30). -С. 69-73.

Печатается 1! авторской редакции

Подписано в печать 14.02.2012 Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л - 1,5. Уч.-изд. л.-I. Бумага офсетная. Печать офсетная. Заказ №24. Тираж 100 экз. ФГБОУ ВПО « Севсро-Кавказскнй государственный технический университет» 355023, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2

Издательство ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» Отпечатано в типографии СевКавП'У

61 12-5/2303

ФГБОУ ВПО Северо-Кавказский государственный технический университет

На правах рукописи

Моргунова Анна Викторовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЯСОПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАВИТАЦИОННО-ДЕЗИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ

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, профессор Борисенко Л. А.

Ставрополь -2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ....... 4

ВВЕДЕНИЕ........................................................................ 5

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Перспективы применения кавитационной активации в пищевой промышленности....................................................................... 7

1.2 Технологические возможности комбинирования сырья при производстве эмульгированных колбасных изделий....................... 18

1.3 Способы получения съедобных пленок и покрытий для колбасной продукции............................................................ 25

1.4 Аспекты разработки продуктов глубокой заморозки,

сбалансированных по нутриентному составу.............................. 30

Заключение к литературному обзору....................................... 37

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Организация проведения исследований................................. 39

2.2 Методы исследований...................................................... 46

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПОСОБОВ АКТИВАЦИИ ВОДЫ НА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ БЕЛОКСОДЕРЖАЩИХ СИСТЕМ

3.1 Изучение влияния активированной воды на функционально-

технологические свойства белкового препарата «Кат-гель 95»......... 58

3.2 Сравнительный анализ способов получения белково-жировых эмульсий с использованием активированных жидкостей................ 63

3.3 Сравнительная оценка прочности пищевых гелей, содержащих в качестве дисперсионной среды различные виды активированной воды.................................................................................. 72

3.4 Направленное регулирование качественных характеристик

фаршевых систем и опытных образцов колбасных изделий

активированными жидкими средами........................................ 77

3.5 Изучение возможности использования активированных жидких

сред для производства колбасных изделий без оболочки............... 89

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НОВЫХ ВИДОВ БЫСТРОЗАМОРОЖЕННЫХ СБАЛАНСИРОВАННЫХ

МЯСОПРОДУКТОВ, ГОТОВЫХ К УПОТРЕБЛЕНИЮ

4.1 Разработка рецептур новых видов быстрозамороженных продуктов на базе компьютерного проектирования...................... 102

4.1.1 Проектирование рецептур колбасных изделий с овощами, сбалансированных по аминокислотному составу......................... 107

4.1.2 Оптимизация жирнокислотного состава рецептурных композиций......................................................................... 111

4.1.3 Обоснование рецептур быстрозамороженных продуктов с высоким содержанием витаминов и микронутриентов................... 114

4.2 Разработка технологии производства нутриентно-сбалансированных быстрозамороженных готовых к употреблению мясопродуктов..................................................................... 118

4.3 Комплексная оценка качества, безопасности и хранимоспособности быстрозамороженных вареных колбасных

изделий с овощами «Здоровье +», «Польза»............................... 123

ВЫВОДЫ........................................................................... 128

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.............................. 130

СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЙ.................................................... 150

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ПВ - питьевая водопроводная вода; рН - активная кислотность;

ЩВ, KB - щелочная (католит рН=10,0-11,2) и кислая (анолит рН = 2,0-3,5) фракции электрохимически активированной (ЭХА)-воды; КДВ - кавитационно-дезинтегрированная вода;

(ЩВ+КДВ), (КВ+КДВ) - процесс двойной активации, осуществленный путем кавитационного дезинтегрирования соответственно католита или анолита ЭХА-воды;

БЖЭ - белково-жировая эмульсия;

ФТС - функционально-технологические свойства;

ФХС - физико-химические свойства;

CMC - структурно-механические свойства;

ОВП - окислительно-восстановительный потенциал;

ВПС - водопоглощающая способность;

ЖПС - жиропоглощающая способность;

ВУС - водоудерживающая способность;

ЭС - эмульгирующая способность;

СЭ - стабильность эмульсии;

ККГ - критическая концентрация гелеобразования;

ВСС - водосвязывающая способность;

ПНС - предельное напряжение сдвига;

ПТО - потери при термообработке;

КМАФАнМ - количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов;

БГКП - бактерии группы кишечных палочек; aw- активность воды.

ВВЕДЕНИЕ

-г-* и

В условиях современного рынка производство качественной, рентабельной, конкурентоспособной продукции невозможно без использования передовых технологий и инновационных решений. Это приводит не только к совершенствованию существующих традиционных технологий, но и к созданию продуктов нового поколения: повышенной биологической безопасности и безвредности, полезных для здоровья, со сбалансированным составом и функциональными свойствами, с возможностью быстрого приготовления и длительного хранения.

В существующих технологиях производства высококачественных колбасных изделий актуальным остается получение стабильных эмульсий. Жидкие смеси, полученные при помощи различных перемешивающих устройств, по качеству значительно уступают эмульсиям, приготовленным с помощью ультразвуковой кавитации. Кроме того, анализ опыта работы ряда предприятий показывает, что высокое качество мясных изделий может быть получено за счет применения соответствующего способа водоподготовки. Наиболее перспективными и экологически безопасными технологиями обработки воды являются электрохимическая активация и кавитационная дезинтеграция, так как позволяют исключить использование каких-либо химических реагентов и способствуют интенсификации технологических процессов и повышению качества выпускаемой продукции. На основании вышеизложенного, исследования по использованию активированных различными способами жидких систем для направленного регулирования свойств эмульгированных мясопродуктов, а также разработка продуктов питания, сбалансированных по нутриентному составу, являются перспективными и составляют предмет настоящей диссертационной работы.

Цель и задачи исследований Целью диссертационной работы является разработка технологии нутриентносбалансированных мясопродуктов с использованием кавитационно-дезинтегрированных жидких систем.

В соответствии с намеченной целью работы при выполнении исследований решались следующие задачи:

- исследовать основные функционально-технологические свойства белкового препарата животного происхождения «Кат-гель 95»;

- провести сравнительный анализ получения белково-жировых эмульсий (БЖЭ) и фаршевых систем с применением процессов кавитации и гомогенизации;

- изучить процесс гелеобразования белковых систем, содержащих в качестве дисперсионной среды различные виды активированной воды;

исследовать физико-химические, структурно-механические, качественные, органолептические и микробиологические показатели модельных фаршевых систем и опытных образцов колбасных изделий, содержащих БЖЭ и белковые добавки, гидратированные активированной водой;

- обосновать возможность снижения количества вносимого и остаточного нитрита натрия и поваренной соли в колбасных изделиях при использовании кавитационной дезинтеграции;

- разработать технологию производства вареной колбасы с применением активированных белоксодержащих систем и воды;

- изучить возможность использования активированных систем в качестве коагуляционного раствора для получения колбасных изделий без оболочки;

разработать рецептуру и технологию производства быстрозамороженных колбасных изделий с овощами, сбалансированных по нутриентному составу;

- изучить кинетику изменения показателя активности воды (а^ в процессе хранения нового вида быстрозамороженных мясопродуктов, осуществить критериальную оценку их качественных и микробиологических показателей;

- провести промышленную апробацию разработанных технологий мясопродуктов, разработать проект технической документации нового вида вареной колбасы, оценить экономическую эффективность.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Перспективы применения кавитационной активации в пищевой промышленности

В настоящее время в производстве продуктов питания одной из главных задач становится поиск современных технологических подходов к переработке сельскохозяйственного сырья. Внедрение новых технологий позволяет управлять качеством и выходом готового продукта, содействуя обеспеченности продовольствием и укреплению безопасности продуктов питания. К числу уже используемых технологий и новых, которые из области исследований сейчас переходят в стадию практического применения, относятся следующие: асептическая упаковка, облучение продуктов питания, обработка сверхвысоким давлением, технология пульсирующего и ультрафиолетового света (УФС), системы анализа опасности по критическим точкам контроля (ХАССП), изменение энергетического состояния воды и водных растворов, используемых при переработке сырья растительного и животного происхождения [2, 35, 87, 135, 137, 165].

В пищевой промышленности с целью направленного регулирования функционально-технологических свойств сырья применяют воду, активированную омагничиванием, электрохимически, дегазацией, ионизацией серебром, оптическими и акустическими воздействиями, замораживанием с последующим оттаиванием, а также другими способами. Вода и водные растворы, прошедшие такую обработку, названы активированными [11,12, 21, 22,23, 35, 37, 54,122,164].

Целью использования водных растворов, подвергнутых активации, является уменьшение или полное исключение химических реагентов, снижение загрязненности микроорганизмами, токсическими веществами, радионуклидами продуктов питания, сокращение времени, повышение эффективности, упрощение различных технологических процессов. Одной из наиболее востребованных в настоящее время технологий является

электрохимическая активация (ЭХА). Сущность ЭХА заключается в том, что жидкость, протекающая через диафрагменный электролизер, при воздействии электрического поля высокого напряжения переходит в метастабильное (активированное) состояние с аномально высокими окислительными (у анолита) и восстановительными (у католита) свойствами. Применение электроактивации способствует снижению жесткости воды и содержания в ней высокотоксичных элементов и тяжелых металлов, что является очень важным фактором с точки зрения экологичности получаемого продукта [12, 21, 35, 122,160].

Использование электроактивированных жидких систем в пищевой промышленности наиболее полно и систематизировано отражено в работах д.т.н., профессора А. А. Борисенко и д.т.н., профессора JI. А. Борисенко [20, 21,22,127, 170]. Установка для электрохимической активации воды, разработанная в СевКавГТУ на кафедре «Машины и аппараты пищевых производств», дает возможность получения питьевой воды с заранее заданными физико-химическими показателями и ярко выраженными бактерицидными или антиоксидантными свойствами без применения химических реагентов [21, 102,122, 160]. На ней можно получать две фракции активированной воды: анолит (рН 2,0-3,5) и католит (рН 10,0-12,0).

Однако наиболее перспективной и экологически безопасной технологией является синпериодическая кавитация, которая может быть

41 u V/__

отнесена к механической динамическои активации, возникающей под воздействием принудительно распространяемых в жидкой среде колебаний ультразвуковой частоты и строго заданной амплитуды давления [165, 167].

Ультразвук (УЗ) - это упругие колебания и волны с частотами приблизительно от 15 - 20 кГц и до 1 ГГц, область частот ультразвука от миллиарда до биллиона Гц принято называть гиперзвуком. Область частот ультразвука можно подразделить на три подобласти: ультразвук низких частот (1,5*103 - 104 Гц) - УНЧ, ультразвук средних частот (104 - 106 Гц) -УСЧ и область высоких частот ультразвука (106 - 108 Гц) - УЗВЧ. Каждая из

этих подобластей характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приема, распространения и применения. В то время как ультразвук низких частот (УНЗ) используется в основном в исследованиях, дефектоскопии и визуализации, высокочастотный ультразвук (УЗВЧ) применяется в обработке жидкостей, в частности, в таких процессах как смешивание, эмульсирование, диспергирование и деагломерация, экстрагирование клеток при дезактивации ферментов [14, 152, 161].

По способу возбуждения кавитация разделяется на гидродинамическую и акустическую. Первая возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое происходит при увеличении ее скорости. При этом жидкость теряет сплошность в виде возникновения микроскопических пустот (пузырьков), которые, покидая область пониженного давления, коллапсируют с излучением импульса давления. То есть гидродинамическую кавитацию порождают градиенты давления в потоке переменной скорости, в котором перемещаются пузырьки [14, 89, 166].

Акустическая кавитация проявляется в виде пульсаций парогазовых пузырьков, располагающихся вблизи поверхности пучности деформации среды, то есть вдали от физических границ среды, вызывающих своими колебаниями изменение давления. Эти пульсации сопровождаются возникновением периодического несинусоидального звукового поля с высокими пиковыми значениями давления и колебательной скорости [53, 152, 184].

В процессе обработки жидкости ультразвуком высокой интенсивности звуковые волны, проникающие в жидкость, вызывают переменные циклы сжатия и разряжения, степень которых зависит от частоты ультразвука. В ходе цикла разряжения ультразвуковые волны высокой интенсивности образуют в жидкости небольшие пустоты. Когда эти пустоты достигнут размера, при котором они больше не могут поглощать энергию, они разрушаются в ходе цикла сжатия. Прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых кавитационных зародышей: плохо

смачиваемых участков твердого тела, твердых частиц с трещинами, заполненными газом, микроскопических газовых пузырьков, ионных образований. Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом, тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырек. Увеличение скорости ультразвукового потока после начала кавитации влечет за собой быстрое возрастание числа развивающихся пузырьков, вслед за чем происходит их объединение в общую навигационную каверну [89, 166, 169, 183].

В месте взрыва кавитационных пузырьков возникает высокая температура (приблизительно 5000 К) и высокое давление (около 2000 атм). Такие взрывы пустот образуют потоки жидкости со скоростью до 150 м/с, заставляющие частицы сталкиваться друг с другом на большой скорости. В результате таких столкновений разрушаются не только агломераты, удерживаемые силами ван-дер-Ваальса, но и первичные частицы. При схлопывании кавитационного пузырька в раствор переходят радикалы (Н+, ОН"), ионы и электроны малой энергии, образовавшиеся в газовой фазе при расщеплении молекулы НгО и веществ с высокой упругостью пара, продукты их взаимодействия и частичных рекомбинаций, а также метастабильные возбужденные молекулы Н2О. Выделяющейся в процессе схлопывания пузырька энергии достаточно для возбуждения, ионизации и диссоциации молекул воды, газов и веществ с высокой упругостью пара внутри кавитационной полости. Вода при таком способе активации переходит в термодинамическое неравновесное состояние, которое характеризуется ее аномально высокой растворяющей способностью и длится до тех пор, пока полученная энергия постепенно не будет отдана в виде теплоты гидратации. Процесс напоминает кипение, но при этом не сопровождается ощутимым нагревом жидкости. При этом жидкость, в частности вода, приобретает все свойства, присущие кипятку с температурой вблизи точки кипения [43, 63, 130, 166, 167, 183].

и

Известно, что при кавитации рН воды и водных растворов меняется слабо, несмотря на известное ее свойство усиливать степень диссоциации электролитов [130, 163,166]. Этому есть две причины:

Во-первых, у явления кавитации отсутствует какой-либо собственный механизм пространственного разделения ионов, кроме образования вокруг них сольватных оболочек, приводящий лишь к снижению поверхностной плотности заряда и образованию за счет этого устойчивых ионных комплексов.

Во-вторых, кавитация - процесс адиабатический, а необходимая в данном случае для увеличения рН реакция термической диссоциации воды в присутствии кислорода воздуха, теплота которой на порядок выше теплоты парообразования, может протекать только внутри кавитационных пузырьков.

Объем пузырьков в фазе их сжатия до соответст