автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии производства сырокопченых колбас с применением электромагнитной обработки мясного сырья и стартовых культур

На правах рукописи

НЕСТЕРЕНКО Антон Алексеевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СЫРОКОПЧЕНЫХ КОЛБАС С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ МЯСНОГО СЫРЬЯ И СТАРТОВЫХ КУЛЬТУР

05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

Автореферат 5 ДЕК 2013

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж —2013 005541597

005541597

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Решетняк Александр Иванович (ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», г. Краснодар) Официальные оппоненты: Запорожский Алексей Александрович

доктор технических наук, доцент (ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодар), профессор кафедры

Ильина Надежда Михайловна кандидат технических наук, доцент (ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», г. Воронеж), доцент кафедры

Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно-исследовательский

институт мясной промышленности

им. В. М. Горбатова Росссльхозакадемии, г. Москва

Защита состоится «24» декабря 2013 года в 10 часов 30 минут на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.04 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю совета Д 212.035.04.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ВГУИТ. Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ по адресу: vak.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО ВГУИТ www.vsuet.ru «22» ноября 2013 года

Автореферат разослан «22» ноября 2013 года

Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук

м

Т /у М. Е. Успенская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На сегодняшний день одним из самых перспективных направлений пищевой промышленности, является мясоперерабатывающая промышленность, в частности, производство колбасной продукции. Согласно обзору рынка сырокопченых колбасных изделий, на долю их потребления приходится 10 %. При этом, в связи с высокой пищевой и биологической ценностью наблюдается тенденция к увеличению их потребления.

Сырокопченые колбасы отличаются длительным сроком хранения, плотной консистенцией, приятным вкусом и ароматом, кроме того, отличаются большим содержанием жира, белка и малым содержанием влаги, за счет чего обладают высокой энергетической ценностью.

Несмотря на вышеуказанные достоинства сырокопченых колбас, их производство остается наиболее трудоемким и требующим длительных сроков. Вопросом интенсификации технологии производства и разработкой стартовых культур для сырокопченых колбас, занимаются как отечественные, так и зарубежные ученые: И. А. Рогов, JI. В. Антипова, А. И. Жаринов, Н. В. Тимошенко, В. В. Хорольский, Л. С. Кудряшов, И. Г. Анисимова, В. Г. Зонин, М. В. Молочников, L. Leistner, A. Scannell, A. Mueller, I. Lebert, W. R. Hammes, H. Dellmann и др.

Одним из перспективных направлений интенсификации технологического процесса производства сырокопченых колбас, является внедрение новых биотехнологических приемов, основанных на эффективном использовании, как собственных ферментных систем мясного сырья, так и на целенаправленном внесении стартовых культур.

В литературных источниках встречаются упоминания об использовании электромагнитного поля (ЭМП), как для обеззараживания сырья, так и для стимулирования роста микрофлоры. В настоящее время, исследования биологического действия электромагнитных полей, охватывают весь спектр электромагнитных колебаний радиодиапазона, от постоянных полей до частот порядка 10 Гц.

Несмотря на многочисленные исследования в области действия ЭМП на микрофлору, на сегодняшний день остаются малоизвестными активация электромагнитным полем низких частот (ЭМП НЧ) стартовых культур и их применение в технологии производства сырокопченых колбас, а так же физико-химические и структурно-механические показатели мясного сырья обработанного ЭМП НЧ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры технологии хранения и переработки животноводческой продукции ФГБОУ

ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», по тематике: «Использование новых биотехнологических приемов для повышения пищевой ценности мясных изделий» (г/р № 01.2.00606857 от 03.09.2012 года) и в рамках НИОКР программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К» Фонда содействия развитию малых форм предприятий г/к№ 11439 р/ 17136 от 31.01 2013 года.

Целью исследования является изучение действия ЭМП НЧ на мясное сырье и стартовые культуры, применение полученных данных при совершенствовании технологии производства сырокопченых колбас.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1) изучить и обосновать выбранные параметры обработки мясного сырья и стартовых культур электромагнитным полем;

2) исследовать влияние низкочастотной электромагнитной обработки на свойства и микробиологические показатели мясного сырья: говядину и свинину;

3) исследовать влияние низкочастотной электромагнитной обработки на скорость роста и развития стартовых культур;

4) изучить влияние ЭМП НЧ на скорость производства сырокопченых колбас;

5) провести промышленную апробацию предлагаемых решений, оценку показателей качества и безопасности готового продукта;

6) рассчитать экономический эффект от внедрения электромагнитной обработки в технологию производства сырокопченых колбас.

Научная новизна работы. Предложено к использованию устройство для обработки мясного сырья и стартовых культур ЭМП НЧ, состоящее из источника генерирующего низкочастотные электромагнитные колебания и излучателя в виде соленоида. Источник представлен генератором униполярных треугольных импульсов. Соленоид имеет ферритовый сердечник, который создает магнитное поле с энергией более 4,5 ккал/моль и при определенных частотах и времени обработки, действует на биологическую клетку.

Исследовано действие ЭМП НЧ на мясное сырье и стартовые культуры, выбрана наиболее эффективная частота и время их обработки. Изучены физико-химические и структурные изменения мясного сырья после обработки ЭМП НЧ. Исследовано действие обработанных ЭМП НЧ стартовых культур на технологические показатели модельного фарша.

Научно обоснована и экспериментально доказана возможность использования ЭМП НЧ в технологии производства сырокопченых колбас. Экспериментально подтверждена безопасность обработки мясного сырья и

стартовых культур ЭМП НЧ с использованием экранированной камеры. Внесено предложение об обработке ЭМП НЧ мясного сырья на этапе посола.

Установлены закономерности изменений в структурных элементах мышечной и соединительной ткани при обработке ЭМП НЧ, определяющие характер изменений функционально-технологических и структурно-механических свойств мясного сырья. С помощью белых лабораторных крыс-аналогов, экспериментально подтверждена биологическая безвредность сырокопченых колбас, выработанных с применением ЭМП НЧ.

Теоретически обоснована и экспериментально доказана целесообразность обработки мясного сырья и стартовых культур электромагнитным полем низких частот, в технологии производства сырокопченых колбас.

Практическая значимость исследования. Усовершенствована технология сырокопченых колбас с предварительной обработкой мясного сырья и стартовых культур ЭМП НЧ, позволяющая сократить технологические операции. Предложена установка для обработки ЭМП НЧ.

Подтверждено соответствие готовой продукции техническим условиям, с сохранением органолептических, физико-химических, микробиологических показателей и сроков хранения.

Технология производства сырокопченых колбас с применением ЭМП НЧ прошла промышленную апробацию на ЗАО «Мясокомбинат «Тихорецкий», где проводилась пробная сравнительная выработка сырокопченых колбас «Тихорецкая» в соответствии с ТУ 9213-006-00422020-2002, с применением стартовых культур Альми-2 и с обработанным ЭМП НЧ мясным сырьем и активированными ЭМП НЧ стартовыми культурами Альми-2.

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ: 2489025 «Способ обработки мясного сырья», 2489886 «Устройство для обработки мясного сырья». Результаты диссертационных исследований внедрены в учебный процесс при реализации ООП бакалавров по направлению 260200.62 «Продукты питания животного происхождения», получены два свидетельства на базы данных для ЭВМ: № 2013620160 Мультимедийная лекция на тему «Производство и качество сырокопченой продукции, и пищевые добавки», №2013620437 Мультимедийная лекция на тему «Производство сухих ферментированных колбас».

Основные положения, выноснмые на защиту:

- влияние ЭМП НЧ на мясное сырье и микроорганизмы;

- изменения структурно-механических и функционально-технологических свойств мясного сырья под действием ЭМП НЧ;

- влияние активированных ЭМП НЧ стартовых культур на функционально-технологические свойства модельного фарша;

- обоснование применения ЭМП НЧ в технологии производства сырокопченых колбас.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 1, 2 и 6, 7 паспорта специальности 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств».

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на международных конференциях: «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 2010 г.); «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» (Воронеж, 2011 г.); «Инновации и современные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции» (Ставрополь, 2011 г.); «Производство продуктов для здоровья человека — как составная часть наук о жизни» (Воронеж, 2012 г.); «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2012 г.); «Тенденции и перспективы развития современного научного знания» (Москва, 2012 г.); «Инновационные разработки молодых ученых юга России» (Ставрополь, 2012 г.); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2013 г.); всероссийских научно-технических конференциях: «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2010, 2011, 2012 гг.); на отчетных научных конференциях КубГАУ за 2010-2013 гг.

Научные разработки экспонировались на международных выставках: 14-й и 15-й Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (г. Москва,

2012 и 2013 гг.) - серебряная и бронзовая медаль; всероссийской выставке: VIII Саратовского салона изобретений, инноваций и инвестиций (г. Саратов

2013 г.) - золотая медаль.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 научных работ, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено два свидетельства о государственной регистрации базы данных для ЭВМ и два патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, характеристику объектов и методов исследований, двух глав экспериментальной части и экономических расчетов, выводы, список использованных источников и приложения. Работа содержит 185 страниц машинописного текста, 33 таблицы и 55 рисунков. Библиография включает 171 источник, в том числе 19 зарубежных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование актуальности темы, охарактеризована научная новизна, обозначены цели и задачи работы.

Глава 1. Литературный обзор

Проведен обзор современной литературы и патентный поиск. Обобщены сведения о современном состоянии производства сырокопченых колбас. Приведена характеристика стартовых культур, применяемых в производстве сырокопченых колбас. Обобщены сведения по формированию структуры, органолептических показателей и интенсификации производства сырокопченых колбас. Показана целесообразность применения электромагнитного излучения, в качестве способа для интенсификации роста стартовых культур, для размягчения и обеззараживания мясного сырья.

Глава 2. Материалы, методы и объекты исследования

В соответствии с поставленными задачами был осуществлен выбор объектов, методов исследования и разработана схема постановки эксперимента (рисунок 1).

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедр: технологии хранения и переработки животноводческой продукции; биотехнологии, биохимии, биофизики; применения электрической энергии Кубанского государственного аграрного университета, испытательного центра «АРГУС», ГНУ «Краснодарский научно-исследовательский ветеринарный институт», ГНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт животноводства», испытательного центра ЗАО «Мясокомбинат «Тихорецкий».

Объекты исследования: говядина в охлажденном состоянии по ГОСТ Р 54315-2011; свинина в охлажденном состоянии по ГОСТ Р 53221-2008; стартовые культуры Альми-2 фирмы Almi, содержащие следующие штаммы микроорганизмов: Staphylococcus carnosus; Staphylococcus xylosus; Debaryomyces hansenii; Lactobacillus curvatus; Pediococcus pentosaceus.

В работе использовали современные стандартные физические, химические, микробиологические, органолептические, биохимические методы исследования сырья и готовой продукции. Определяли: рН по ГОСТ Р 51478-99; влагосвязывающую способность по методу Грау-Хамма; гистологические исследования проводили после фиксации образцов и нарезке их на микротом-криостате «MIKROM - НМ 525» (Germany). Изучение микроструктуры образцов и их фотографирование проводили на цифровую фототехнику со световым микроскопом «AXIOIMIGER.А1» (Carl Zeiss, Германия); массу продукта определяли при помощи взвешивания на аналитических весах, с последующим расчетом соотношения в процентах к массе исходного сырья; электрофизические показатели приборов определяли: ток измеряли амперметром М 2015, многопредельным магнитоэлектрическим прибором типа М 2004, однофазным счетчиком тип СО-И446, показания стрелочных приборов

Рисунок 1 - Схема постановки эксперимента

дублировались электронным двухканальным осциллографом типа АСК 2023 (Актаком) и четырехканальным цифровым запоминающим осциллографом серии TDS2014 (Tektronix); напряженность магнитного поля измеряли прибором «Импульс» фирмы Soeks; массовую долю влаги - по ГОСТ 9793-74; влагоудерживающая способность фарша определялась как разность между массовой долей влаги в фарше и количеством влаги, отделившейся в ходе термической обработки; липкость определялась методом Соколова - Большакова; фракционный состав белков определялся на основе их растворимости; аминокислотный анализ проводили методом ионообменной хроматографии; определение молочной кислоты проводили с пара-оксидифенилом; массовую долю жира - по ГОСТ 23042-86; массовую долю белка - по ГОСТ 25011-81; массовую долю хлористого натрия - по ГОСТ 9957-73; массовую долю нитрита натрия - по ГОСТ 29299-92; токсикологические показатели - по ГОСТ Р 5130199, Р 51962-02, 26927-86; нитрозамины по МУК 4.4.1.011-93; пестициды определялись в соответствии с МУ под редакцией Клисенко; антибиотики по МУ 3049-84; радионуклиды по ГОСТ Р 54016-2010; органолептическую оценку -по ГОСТ 9959-91; анализ сроков хранения по МУК 4.2.1847-04; анализ переваримости белков in vitro по методу А. А. Покровского и И. Д. Ертанова; биологическую оценку готовой продукции в соответствии с методическими рекомендациями по биологической оценке продуктов питания; удельное сопротивление резания — методом, основанным на измерении усилия, необходимого для разрушения образца, путем среза в камере постоянного объема. Математическую обработку проводили в программе STATISTICA в модулях описательная статистика, корреляционный анализ и планирование эксперимента.

Глава 3. Разработка конструкции прибора и изучение влияния ЭМП НЧ на развитие и подавление микрофлоры

Из литературных источников (Ф. М. Канарев, 2011 г.) известно, что ЭМП НЧ может вызвать резонансные колебания биологической клетки и разрушить ее структуру, а при малой интенсивности колебаний — гармонизировать работу клетки.

Совместно с сотрудниками кафедры применения электрической энергии Кубанского государственного аграрного университета, было разработано устройство для обработки мяса и стартовых культур ЭМП НЧ (рисунок 2), которое состоит из генератора импульсов и цепи управления. Цепь управления предназначена для управления тиристором VD10. Генератор импульсов состоит из источника низкочастотных электромагнитных колебаний и излучателя электромагнитных импульсов, в виде соленоида. В качестве источника излучений использован генератор униполярных треугольных импульсов, способных сгенерировать частоты в диапазоне 10-200 Гц. Соленоид имеет ферритовый

-.— ' I:-. —■

□ г:

сердечник, что дает возможность сгенерировать частоты с энергией более 4,5 ккал/моль.

Из литературных источников (А. Н. Ремизов, А. Г. Максина 2003 г.) известно, что на интенсивность обработки, имеют влияние многие факторы.

1 Для определения наиболее важных

л 3 факторов, влияющих на

обрабатываемый образец, нами была произведена их экспериментальная оценка (в баллах) и построена диаграмма Парето (рисунок 3).

Как видно из рисунка 3, наиболее существенными факторами, являются Рисунок 2 - Схема электромагнитной частота сигнала и время обработки, установки с экранированным контуром: изучения влияния ЭМП НЧ на

1 - блок управления; 2 - провод; 3 - катушка;

4 - 1-й защитный контур; 5 - 2-й защитный развитие мезофильных аэробных и

контур из феромагнита; 6 - обрабатываемый факультативно-анаэробных

образец

^ микроорганизмов, использовали

говядину и свинину охлажденные. Образцы мясного сырья помещали в экранированную камеру с

вмонтированным излучателем МП. На мясо генерировали сигнал в виде треугольной формы в диапазонах 10110 Гц в течение 15, 30, 45 и 60 мин.

Установлено, что максимальный пик развития микрофлоры наступает при обработке ЭМП НЧ с частотой

мюн 90% «Н® * 70* | 6П% Ь 50%

I ао« 29% <2 зо% 20» 10%

в».....аза.....за......бэд-

6 8 10 9 Факторы

■ Суммарное воздействие

(НИВоэдействне Рисунок 3 - Диаграмма Парето: 1 — частота сигнала, Гц; 2 — время обработки, мин; 3 — форма сигнала; 4 - расстояние до обрабатываемого образца, мм; 5 - размер излучателя, мм; 6 - площадь обрабатываемого 45 Гц и продолжительностью 60 мин объекта; 7 - толщина слоя обрабатываемого (<\фАнМ

говядина

„ . „ V......—....... КОЕ/г

объекта; 8 - форма излучателя; 9 - количество 7

витков излучателя; 10 - другие причины охлажденная — 8,1*10 , свинина

охлажденная- 6,8« 107) (рисунки 4, 5). При дальнейшем увеличении частоты, наблюдается значительное угнетение развития микрофлоры, пик которого является частота 100 Гц с продолжительностью 60 мин (КМАФАнМ КОЕ/г говядина охлажденная - 2,8-102, свинина охлажденная - 2,9-102) (рисунки 6, 7). При анализе результатов, полученных при обработке говядины и свинины с частотой 100 Гц видно, что различия показателей, между временем обработки, начиная от 30 мин (КМАФАнМ КОЕ/г говядина охлажденная - 3,2-102, свинина охлажденная - 3,1-Ю2) и заканчивая 60 мин (КМАФАнМ КОЕ/г говядина охлажденная — 2,8-102, свинина охлажденная - 2,9-102), не являются

ю

существенными. На основании полученных данных, определено производить обработку мясного сырья с частотой 100 Гц и продолжительностью 30 мин, для интенсификации роста стартовых культур, предложено активировать их с частотой 45 Гц и продолжительностью 60 мин.

g 500

Рисунок 4 - Динамика изменения КМАФАнМ говядины от частоты 40 - 50 Гц и времени обработки ЭМП НЧ

Рисунок 5 — Динамика изменения КМАФАнМ свинины от частоты 40 - 50 Гц и времени обработки ЭМП 114

-95 Гц -100 Гц -105 Гц

Рисунок 6 - Динамика изменения КМАФАнМ говядины от частоты 95 - 105 Гц и времени обработки ЭМП НЧ

Рисунок 7 - Динамика изменения КМАФАнМ свинины от частоты 95 - 105 Гц и времени обработки ЭМП НЧ

По результатам исследования зависимости развития КМАФАнМ от частоты и времени электромагнитной обработки, были построены математические модели в виде формул множественной регрессии. Уравнение регрессии для говядины имеет вид У=-31658Х| + 102466Х2+27%65 (Я:-0,905), для свинины У=-27527Х,+90301Х2+268938 (Я2-0,910); где X, - частота обработки, Гц; Х2 -продолжительность обработки, мин;У - КМАФАнМ КОЕ/г. Для нахождения неизвестных постоянных аьа2, Ь был использован метод наименьших квадратов. Эти уравнения позволяют сделать вывод об однотипности процессов, протекающих при обработке говядины и свинины охлажденных.

Известно (Ф. М. Канарев, 2011 г.), что действию электромагнитных лучей, в первую очередь подвергаются мембраны, ограничивающие различные внутриклеточные компоненты. В ходе обработки ЭМП НЧ, изменяется проницаемость биологических мембран. Это приводит к изменению количества химических реакций, некоторые из которых протекают с участием ферментов.

Отдельные структурные элементы клетки имеют жидкокристаллическое строение. В связи с этим для них будет характерна анизотропия магнитных

свойств (Ф. М. Канарев, 2010, 2013 гг.). Полученные результаты (рисунок 8) позволяют считать, что жидкие кристаллы таких элементов ориентируются под влиянием магнитного поля, являясь ответственными за проницаемость мембраны, которая, в свою очередь, регулирует биохимические процессы, происходящие внутри клетки.

Рисунок 8 - Спектры отраженньпс фотонов от Рисунок 9 - Спектры отраженных

обрабатываемого продукта при действии фотонов от обрабатываемого продукта при

частотой 45 Гц в течение 60 мин „ ..

действии частотой 100 I ц в течение 30 мин

Результаты исследования спектров фотонов (рисунок 9), отраженных от продукта обработки, показывают, что при частоте сигнала равной 100 Гц обеззараживающий эффект максимален. Учитывая, что резонанс наступает при совпадении амплитуд колебаний, то это возможно при кратном соотношении собственных частот колебаний электронов и частот внешнего воздействия, поэтому частота воздействия должна быть целым числом. Цвет отраженного сигнала голубой, это значит, что длины волн, излучаемых фотонов, равны целым числам и изменяется в интервале 6,0*10|4-7,0'1014 Гц. Из этого следует, что при воздействии частотой 100 Гц и продолжительностью 30 мин, происходит резонанс внешних частот ЭМП НЧ и внутренних частот. В целях определения безопасного расстояния до излучателя, действие ЭМП НЧ с частотами 45 и 100 Гц изучали на культуре Escherichia coli, в физиологическом растворе, помещенной в экранированную камеру и на расстояниях 0,5; 1,0; 1,5 и 2,0 м от излучателя. Установлено, что при воздействии ЭМП НЧ с частотой 45 Гц и продолжительностью 60 мин, в образце, находящемся под излучателем, наблюдался активный рост численности колоний, в образце, находившемся на расстоянии 0,5 м от излучателя, рост числа колоний резко уменьшился, а при расстояниях от 1,0 до 2,0 м - значительных изменений в числе колоний не наблюдалось (рисунок 10). При анализе электромагнитного излучения (прибор «Импульс» фирмы Soeks), в контрольных точках были зафиксированы следующие показатели: на расстоянии 0,5 м от излучателя - 9,56 мкТл; 1 ,0 м - 5,10 мкТл; 1,5 м - 3,24 мкТл и 2,0 м — 2,56 мкТл, при предельно допустимых нормах 10 мкТл.

■ Опыт □ Контроль

■ Опыт □ Контроль

Внутри 0,5 1 1,5 2

Растояние от генератора ЭМП НЧ, м

Рисунок 10 - Влияние воздействия ЭМП НЧ с частотой 45 Гц на культуру Escherichia coli внутри и снаружи прибора

Внутри 0,5 1 1,5 2

Растояние от генератора ЭМП НЧ, м

Рисунок 11 - Воздействие ЭМП НЧ с частотой 100 Гц на культуру Escherichia coli внутри и снаружи прибора

Установлено, что при действии с частотой 100 Гц в течение 30 мин в образце, находящемся под излучателем, наблюдалась гибель исследуемой микрофлоры, на расстоянии 0,5 м от излучателя наблюдается незначительное изменения числа колоний, а от 1,0 до 2,0 м - значительных изменений в числе колоний не наблюдалось (рисунок 11). При анализе электромагнитного излучения в контрольных точках были зафиксированы следующие показатели: на расстоянии 0,5 м - 9,06 мкТл; 1,0 м - 6,21 мкТл; 1,5 м - 4,54 мкТл и 2,0 м - 2,66 мкТл. Установлено, что безопасное расстояние от излучателя 0,5 м.

Глава 4. Изучение влияния ЭМП НЧ на мясное сырье и стартовые культуры

Далее изучали влияние ЭМП НЧ на свойства мясного сырья с частотой 100 Гц и продолжительностью 30 мин. Для этого мышцы из тазобедренной части свинины и говядины помещали под излучатель ЭМП НЧ и обрабатывали с частотой 100 Гц в течение 30 мин. При воздействии ЭМП НЧ, наблюдалось снижение микробиологической обсемененности образцов (таблица 1). Таблица 1 - Изменение микробиологической обсемененности мясного сырья после обработки ЭМП НЧ

Наименование обраша Время обработки, мин Частота f, Гц КМАФАнМ, КОЕ/г

Говядина (контроль) - - 2, МО5

Говядина 30 100 1,1-10-

Свинина (контроль) - - 9,4-104

Свинина 30 100 1,0-10"

При действии ЭМП происходит изменение проницаемости мембран миофибрилл, перераспределение влаги в коллоидной системе мышечной ткани говядины и свинины, изменение степени дисперсности белков, что влияет на изменение рН и влагосвязывающую способность (ВСС) мяса (таблица 2).

Наименование образца Время обработки, мин Частота ґ.Гц рН ВСС. %

Говядина (контроль) - - 6,10±0,1 68,00±1,12

Говядина 30 100 5,90±0,73 63,50±1,05*

Свинина (контроль) - - 5,5±0,1 56,00±1,58

Свинина 30 100 5,3±0,85 52,30±0,4*

* - Р < 0,05

Микроструктурный анализ мышечной ткани, подвергнутой действию ЭМП НЧ, с частотой 100 Гц и продолжительностью 30 мин показывают, что мышечная ткань свинины характеризуется деструктивными изменениями, повреждениями сарколеммы, фрагментация мышечных волокон (рисунок 12). Мышечные волокна достаточно часто разобщаются, за счет появления вокруг них светлого не окрашиваемого гематоксилином и эозином пространства или же тесно сближены между собой. _.......

Рисунок 12 - Продольный срез мышечных волокон свинины. Поперечные трещины и фрагментация. Окр. гематоксилин-эозин. Ув. 200х: 1 - разрывы эпимизия; 2 - фрагментация мышечных волокон

Рисунок 13 - Продольный срез мышечных волокон говядины. Окр. гематоксилин-эозин. Ув. 200х: 1 - разрыхление миофибриллярных пучков: 2 -фрагментация мышечных волокон

При анализе мышечной ткани говядины, после электромагнитной обработки с частотой 100 Гц с продолжительностью 30 мин установлено: компоновка отдельных волокон в первичном пучке довольно рыхлая, с заметным светлым пространством в области эндомизия. Не всегда хорошо различима граница между отдельными мышечными волокнами (рисунок 13). Деструктивные изменения в мышечной ткани, в результате электромагнитного воздействия, выражены достаточно значительно и связаны с возникновением резонанса внешних частот и внутренней частоты мышечной ткани.

Для интенсификации технологического процесса производства сырокопченых колбас применяются стартовые культуры, действие которых связано с образованием специфических биологически активных компонентов, среди которых органические кислоты, ферменты и др. Для определения степени действия на модельную систему вносимых обработанных ЭМП НЧ стартовых культур, был использован модельный фарш, состоящий из 60 % говядины

охлажденной и 40 % свинины охлажденной. Мясное сырье предварительно измельчали на волчке с диаметром решетки с)=3 мм. В качестве экспериментальной микрофлоры использовали стартовые культуры Альми 2 фирмы А1гш. В соответствии с рекомендациями производителя стартовых культур, контрольную группу активировали водой в объеме 100 см"1 с температурой 25-30 °С, оставляли на 30 мин, до ее полного растворения и вносили в модельный фарш. Для опытной группы активацию стартовых культур проводили аналогично контрольной, но по завершению растворения обрабатывали ЭМП НЧ с частотой 45 Гц в течение 60 мин.

Из предварительных опытов, известно, что ЭМП НЧ способно ускорить развитие микрофлоры. В связи с этим, была определена оптимальная дозировка внесения обработанных ЭМП НЧ стартовых культур (таблица 3).

Таблица 3 - Динамика роста стартовой микрофлоры

Количество стартовых культур г/100 кг фарша Продолжительность, ч

0 3 6 9 12

Количество клеток, КОЕ/г

20(контроль) 4,8-10" 5,7-10" 6,7-10" 8,7-10" 1,0-10"

17,5 5.2-10" 6,8-10" 8,1-10" 1,7-10" 2,4-10"

15,0 4,9-10-' 6,1-10" 7,4-10" 9,5-10" 1,6-10"

12,5 4,МО' 4,7-10" 5,8-10" 7,1-10" 8,2-10"

10,0 3,7-10' 4,1-10" 4,7-10" 5,2-10" 6.1-10"

Слишком быстрый рост стартовых культур, может привести к закислению фарша, а слабый рост - к неэффективной работе микрофлоры, в связи с этим, опытным путем было определена дозировка: 15 г стартовых культур на 100 кг фарша.

Важными показателями, формирующими качество сырокопченых колбас, являются изменение физико-химических и функционально-технологических показателей мясного сырья. Установлено, что контрольный образец модельного фарша по ВСС превосходит опытный с добавлением стартовых культур, обработанных ЭМП НЧ. Показатель ВСС опытного образца имеет тенденцию к снижению по сравнению с контрольным (рисунок 14).

Контроль Опыт

Рисунок 14 - Влагосвязывающая способность Рисунок 15 - Липкость фарша при

модельных фаршей внесении стартовых культур

При формировании монолитной структуры измельченного мяса, большое значение имеет показатель липкости или адгезии. Установлено (рисунок 15), что

6 5,9

5.8

5.7 5,6 5,5

і 5,4 5,3 5,2 5,1 5

4.9

4.8

О 12 24 .48 72 96 Продолжительность ферментации, ч

—©—Опыт -»«-Контроль

Рисунок 16 - Динамика изменения рН модельного фарша

р

1

.]_

]

11

і-

I - —

при внесении обработанных ЭМП НЧ стартовых культур (опыт), липкость модельного фарша увеличивается на 15,3 % по сравнению с контролем.

Анализ снижения уровня рН фарша (рисунок 16) свидетельствует о накопление органических кислот, в результате работы стартовой микрофлоры. Накопление молочной кислоты в процессе ферментации фарша, приводит к снижению рН, вследствие чего происходит:

- увеличение устойчивости фарша к действию гнилостных микроорганизмов;

-набухание коллагена соединительной ткани;

- повышение активности катепсинов;

- интенсификация реакции цветообразования;

- изменение вкуса и аромата мяса. На рисунке 17 показана динамика роста

молочной кислоты в исследуемых образцах. Опытный образец, через 12 ч выдержки модельного фарша, по количеству молочной кислоты, превышал контрольный на 10 %. Через пять дней - разница составила 17,5 %, что свидетельствует о более быстром накопление молочной кислоты в опытной группе.

Одним из важнейших показателей

24 48 72 96 эффеКТИВНОСТИ СТарТОВЫХ КуЛЬТур, ЯВЛЯвТСЯ ИХ Продолжительность ферментации, ч протеолиТИЧеСКая аКТИВНОСТЬ. Она Определяется

—«—Опыт -«-контроль степенью расщепления белков мяса. Анализ

аминокислотного состава показал увеличение

Рисунок 17-Динамика аминокислот в опыте на 6,8 %, по сравнению с накопления молочной кислоты

модельного фарша контролем.

Накопление водорастворимой фракции и свободно связанной влаги, способствует эффективной сушке колбасных изделий, за счет перехода прочносвязанной влаги в слабосвязанную. Полученные результаты исследований влияния ЭМП НЧ на ВСС, рН и липкость модельных фаршей, также свидетельствуют о более эффективной работе стартовых культур, подвергнутых активации ЭМП НЧ. Глава 5. Интенсификация технологии сырокопченых колбас Для проведения апробации технологии производства сырокопченых колбас с применением ЭМП НЧ, была выбрана рецептура колбасы «Тихорецкая» ТУ 9213006-00422020-2002.

5,8

Для сравнительной оценки опытной группы колбас, было выработано две партии, отличающихся в рецептурном

4,6 4,4

-Ш-Контроль

составе

следующими

компонентами: контроль

стартовые культуры Альми-2 - 20 г на 100 кг фарша; опыт -

активированные ЭМП НЧ стартовые культуры Альми-2 - 15 г

Рисунок 18 -Изменения величины рН в процессе на 100 кг фарша, мясное сырье с осадки, копчения и сушки сырокопченых колбас предварительной обработкой ЭМП НЧ. В ходе опыта контролировались показатели рН (рисунок 18), массовая доля влаги (рисунок 19) и количество КМАФАнМ КОЕ/г продукта (таблица 4).

Снижение рН колбас контрольной партии, происходит медленно, с ускорением в начале сушки и обуславливается накоплением молочнокислых микроорганизмов. Снижение рН колбас в опыте, происходит быстро, равномерно, не допуская излишнего подкисления фарша.

Установлено, что в опытном образце, потеря влаги (рисунок 19) происходит более интенсивно. Это обусловлено появлением микропор в мясном сырье, после воздействия ЭМП НЧ, что подтверждается микроструктурным анализом готовой продукции (рисунок 20).

Рисунок 19 - Снижение массовой доли влаги в процессе сушки колбас Интенсивный рост микрофлоры, в образцах сырокопченой колбасы опытной партии, определен предварительной активацией стартовых культур ЭМП НЧ, при этом основная часть микрофлоры - это вносимые стартовые культуры.

НИ™-Контроль

Таблица 4 - Количественное изменение микрофлоры сырокопченых колбас

Период исследования Количество микрофлоры, КМАФАнМ КОЕ/г

Контроль Опыт

Фарш после составления 3,3 • 10' 2,1 • 10"

Колбаса до копчения 3,5 • Ю5 2,4 • 10"

Колбаса после копчения 1,2 • 10" 9,0 • 10'

На 3-й день сушки 8.1 • 105 1,0« 105

На 5-й день сушки 9,3 • 10" 2,0* 10"

На 11 -й день сушки 5,1• 10' 4,0- 10'

На 15-й день сушки 8.4 • 10і 3,0- 10"

При гистологическом исследовании готовых колбас установлено, что в мышечных волокнах наблюдаются поперечные трещины и разрывы, захватывающие, как фибриллярный белковый комплекс, так и сарколемму. Значительная часть мышечных волокон фрагментирована (рисунок 20).

Между мышечными волокнами встречается большое количество микропор. Отдельные микробные клетки,

бактериальной закваски, располагаются " .«¿У Л;.,. >г'" между частицами фарша, покрывают

внутреннюю поверхность фаршевых пор и выявляются в большем количестве.

В соответствии с протоколами испытательного центра ЗАО

«Мясокомбинат «Тихорецкий» № 47-49, 56, 65, опытная партия сырокопченых колбас соответствует по физико-химическим, микробиологическим, токсикологическим, органолептическим показателям, срокам годности ТУ 9213-006-00422020-2002. Готовый продукт прошел

органолептическую оценку специалистов ЗАО «Мясокомбинат «Тихорецкий». Опытный образец отличался более выраженным вкусо-ароматическим

букетом (рисунок 21).

В ходе дегустации, была выявлена более плотная консистенция опытного образца. Данные дегустации подтверждаются исследованиями структурно-механических характеристик готового продукта. Для этого были проведены исследования напряжения среза готового продукта. Для опытного образца напряжение среза составило 559,59 кПа, для контрольного - 478,56 кПа.

Рисунок 20 - Фрагменты мышечных волокон в сырокопченой колбасе. Окр. гематоксилин-эозин Ув 200 : 1 - фрагменты мышечных волокон; 2 - микроорганизмы; 3 - микропоры, 4 - жировые включения

Общая оцета'

шшсистеишю

Рисунок 21- Органолептический профиль готовой колбасной продукции по пятибалльной шкале

Результаты исследований свидетельствуют о более плотной консистенции сырокопченой колбасы опытной партии. Наряду с такими качественными показателями, как химический состав, микробиологические, физико-химические, биохимические и органолептические показатели, огромное значение имеет биологическая ценность готового продукта, которая определялась на белых лабораторных крысах. Данный опыт проводился в виварии ГНУ СевероКавказского научно-исследовательского института животноводства в течение 28 дней. Для проведения опыта были сформированы две группы по пять голов крыс в каждой, в возрасте 1 месяц. Первая группа животных служила в качестве контроля, а вторая была опытной. Рационы для растущих крыс составлялись в соответствии с нормами потребностей лабораторных крыс в питательных веществах.

Полученные данные ростовых показателей крыс (рисунок 22), свидетельствуют о том, что среднесуточный прирост массы тела за 28 дней у опытной группы составил 3,97 г или 107,5% в сравнении с контролем.

После проведения массовых измерений опытные и контрольные крысы, были умерщвлены путем одномоментного декапитирования. Определение биохимических показателей крови лабораторных крыс проводили на биохимическом анализаторе Vitalab Flexor Junior (страна производитель Нидерланды). В ходе опыта анализировали следующие показатели: лейкоциты, лейкограмма, эозинофилы, палочкоядерные нейтрофилы, сегментоядерные нейтрофилы, лимфоциты, моноциты, эритроциты, гемоглобин, гематокрит, тромбоциты, тромбокрит, белок, альбумины, глобулины (а, р, у), холестерин, аспартатаминотрансферазы, апанинаминотрансферазы, кальций, фосфор, триглицериды, щелочная фосфатаза, железо. Повышенный показатель эозинофилов, может говорить о проявлении аллергической реакции на компоненты пищи. В контрольной группе средний показатель эозинофилов вышел за пределы нормы (по данным И. В. Ананич, М. А. Дерхо, 2010 г норма до 2 %) и составил 2,2 %. Снижение данного показателя в опытной группе до 1,8 % свидетельствует о снижении аллергической нагрузки на организм животных. Остальные показатели не имели отклонений и находились в пределе допустимой нормы.

1 4 7 10 14 17 21 25 28

День взвешивания

«•»—Контроль -Ш-Опыт

Рисунок 22 - Динамика роста массы тела крыс, участвующих в эксперименте

Глава 6. Экономический расчет эффективности производства сырокопченой колбасы

В таблице 5 представлен расчет экономической эффективности от внедрения новой технологии производства колбас.

Таблица 5 - Экономические показатели эффективности производства_

Опыт

Показатель Контроль без учета эффекта с учетом эффекта

опыта опыта

Себестоимость, р. 262 430,4 262 803,4 253 079,7

Цена реализации, р. 489 390,0 489 390,0 489 390,0

Прибыль, р. 226 959,6 226 586,6 236 310.3

Налог на прибыль, р. 45 391,9 45 317,3 47 262,1

Чистая прибыль, р. 181 567,7 181 269,3 189 048,3

Уровень рентабельности, % 69,2 69,0 74,7

Как видно из приведенных данных, рентабельность производства колбас по предлагаемой технологии, будет примерно равна рентабельности контрольного образца, что составляет 69 %. Однако, с учетом возможного проявления эффекта кривой опыта, за счет снижения себестоимости рентабельность, составит более 74 %, при этом прибыль от реализации 1 т колбас составит 236,3 тыс. р. Затраты на электромагнитную установку, включая монтаж, составят 2 059,8 р, поэтому ее внедрение в производство целесообразно и экономически оправданно.

ВЫВОДЫ

1. Изучено влияние ЭМП частот диапазона от 10 до 110 Гц и продолжительностью воздействия от 15 до 60 мин на микрофлору мясного сырья. Установлено, что пик развития микрофлоры наступает при частоте 45 Гц и продолжительности обработки 60 мин, угнетение развития микрофлоры наблюдается при действии ЭМП с частотой 100 Гц и продолжительностью 30 мин.

2. Установлено, что при действии на говядину охлажденную и свинину охлажденную ЭМП НЧ с частотой 100 Гц в течение 30 мин, при микроструктурном исследовании, в мясе наблюдаются частичные разрушения клеточной структуры, что обусловливает уменьшение ВСС мяса (для говядины -с 68,00±1,12 % до 63,00±1,05 %, для свинины - с 56,00±1,58 % до 52,30±0,4 %). Снижается микробиологическая обсемененность говядины - с 2,1 »105 до 1,1«102 КОЕ/г, свинины - с 9,4» 104 до 1,0*102 КОЕ/г (Р < 0,05), незначительно смещается показатель рН мяса в кислую сторону: для говядины - с 6,10±0,1 до 5,90±0,73, для свинины - с 5,50±0,1 до 5,30±0,85 (Р > 0,05).

3. Установлено, что обработка стартовых культур препарата Альми-2 частотой 45 Гц в течение 60 мин, стимулирует их рост: при внесении обработанных ЭМП НЧ стартовых культур в модельный фарш существенно

снижается рН фарша — с 5,85 до 4,95, увеличивается количество аминокислот на 6,8 %, снижается ВСС - с 81,78 % до 77,80 %, ВУС - на 4,8 %, увеличивается липкость фарша - на 15,3 %.

4. Изучено влияние обработки ЭМП НЧ мясного сырья и стартовых культур на скорость сушки сырокопченых колбас. Установлено, что при применении ЭМП НЧ продолжительность технологического процесса производства сырокопченых колбас сокращается на 7 суток и составляет 14 суток.

5. Внесены изменения в технологическую инструкцию по производству сырокопченых колбас, проведена промышленная апробация усовершенствованной технологии на ЗАО «Мясокомбинат «Тихорецкий» г. Тихорецк Краснодарского края. На основании оценки качества продукта испытательным центром ЗАО «Мясокомбинат «Тихорецкий», опытная партия сырокопченых колбас соответствует по физико-химическим, микробиологическим, токсикологическим, органолептическим показателям и срокам годности ТУ 9213-006-00422020-2002.

6. Предполагаемая прибыль от реализации 1 т сырокопченых колбас по усовершенствованной технологии, по сравнению с традиционной, составит 236,3 тыс. р.

Основные публикации по диссертационной работе Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Мннобриауки РФ

1. Нестеренко, А. А. Инновационные методы обработки мясной продукции электромагнитно-импульсным воздействием [Текст] / А. А. Нестеренко, А. И. Решетняк // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - Мичуринск, 2011. — № 1. - С. 148-151. - 0,38 п. л. (лично автором 0,19 п. л.).

2. Нестеренко, А. А. Технология ферментированных колбас с использованием электромагнитного воздействия на мясное сырье и стартовые культуры [Текст] / А. А. Нестеренко // Научный журнал «Новые технологии». -Майкоп: МГТУ, 2013. -№ 1 - С. 36-39.-0,5 п. л. (лично автором 0,5 п. л.)

3. Нестеренко, А. А. Влияние электромагнитного поля на развитие стартовых культур в технологии производства сырокопченых колбас [Текст] / А. А. Нестеренко // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - Мичуринск, 2013. - № 2 - С. 75-80. - 0,3 п. л. (лично автором 0,3 п. л.)

Зарубежные издания

4. Nesterenko, A. A Activation of starter cultures induced by electromagnetic treatment [Text] / A. A. Nesterenko, A. I. Reshetnyak // European Online Journal of Natural and Social Sciences. - 2012. - Vol.l, № 3. - P. 45-48. - 0,5 п. л. (лично автором 0,25 п. л.).

5. Timoshenko, N. V. Significance of electromagnetic treatment in production technology of cold smoked sausage [Text] / N. V. Timoshenko, A. I. Reshetnyak, A. A. Nesterenko // European Online Journal of Natural and Social Sciences. - 2013. -Vol. 2, № 2. - P. 248-252. - 0,63 п. л. (лично автором 0,21 п. л.)

Статьи в региональных журналах

6. Нестеренко, А. А. Электромагнитная обработка мясного сырья как новый способ интенсификации технологических процессов [Текст] / А. А. Нестеренко, А. И. Решетняк, Т. А. Сергиенко // Вестник Нижегородского государственного инженерно-экономического института. — Княгино, 2011. - № 2. - С. 143-151. -0,3 п. л. (лично автором 0,1 п. л.).

7. Нестеренко, А. А. Электромагнитная обработка мясного сырья в технологии производства сырокопченой колбасы [Текст] / А. А. Нестеренко // Научный журнал «Наука Кубани». - Краснодар, 2013. - № 1. - С. 41-44. - 0,3 п. л. (лично автором 0,3 п. л).

8. Нестеренко, А. А. Использование электромагнитной обработки в технологии производства сырокопченых колбас [Текст] / А. А. Нестеренко, А. В. Пономаренко // Вестник Нижегородского государственного инженерно-экономического института. - Княгино, 2013. - № 6. - С. 74-83. - 0,63 п. л. (лично автором 0,31 п. л.).

9. Нестеренко, А. А. Действие низкочастотной обработки на мышечную ткань животных [Текст] / A.A. Нестеренко, А. И. Решетняк // Вестник Нижегородского государственного инженерно-экономического института. -Княгино, 2013. - № 6. - С. 84-90. - 0,44 п. л. (лично автором 0,22 п. л.).

Статьи и материалы конференций

10. Нестеренко, А. А. Воздействие низкочастотного электромагнитного поля (НЧ ЭМП) на сырье животноводческого происхождения [Текст] / А. А. Нестеренко, А. И. Решетняк // Сб. трудов III науч.-практич. конф. с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания». - Челябинск, 2010. -С. 105-107. - 0,13 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

11. Нестеренко, A.A. Инновационная технология воздействие низкочастотного электромагнитного поля (НЧ ЭМП), как перспективный барьерный способ обработки мяса [Текст] / А. А. Нестеренко, А. И. Решетняк // Матер. IV межд. науч.-практич. конф. Инновационные направления в пищевых технологиях. - Пятигорск, 2010. - С. 164-166. - 0,19 п. л. (лично автором 0,09 п. л.).

12. Нестеренко, А. А. Воздействие низкочастотного электромагнитного поля (НЧ ЭМП), как перспективная технология барьерной обработки мяса [Текст] / А. А. Нестеренко, Т. А. Сергиенко, А. И. Решетняк // Матер. IV Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». - Краснодар, 2010. - С. 282-283.-0,2 п. л. (лично автором 0,07 п. л.).

13. Нестеренко, А. А. Электромагнитная обработка мясного сырья в технологии производства сырокопченой колбасы [Текст] / А. А. Нестеренко, А. В. Пономаренко, А. И. Решетняк // Сб. науч. трудов межд. науч.-технич. конф. Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития. - Воронеж, 2011. -С. 168-172. - 0,31 п. л. (лично автором 0,1 п. л.).

14. Решетпяк, А. И. Использование ускорителей в технологии производства сырокопченых колбас [Текст] / А. И. Решетпяк, Д. К. Панов, А. А. Нестеренко // Сб. матер. VII межд науч.-практич. конф. Инновации и современные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции. - Ставрополь,

2011.-С. 179-181.-0,38 п. л. (лично автором 0,13 п. л.).

15. Зайцева, Ю. А. Технология хранение сырокопченых колбас в газовой среде [Текст] / 10. А. Зайцева, А. А. Нестеренко, А. И. Решетняк // Матер. V Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». Краснодар, 2011. — С. 286-288. — 0,25 п. л. (лично автором 0,08 п. л.).

16. Нестеренко, А. А. Электромагнитная обработка мясного сырья как новый способ интенсификации технологического процесса [Текст] / А. А. Нестеренко, Ю. В. Потокина, А. И. Решетняк // Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». - Краснодар, 2011. — С. 12-14. - 0,25 п. л. (лично автором 0,08 п. л.).

17. Нестеренко, А. А. Микрофлора сырокопченых колбас [Текст] / А. А. Нестеренко, А. И. Решетняк, Д. К. Панов // Межрегиональная науч.-практич. конф. Инновационные разработки молодых ученых Юга России. — Ставрополь,

2012,-С. 118-121.-0,25 п. л. (лично автором 0,08 п. л.).

18. Нестеренко, A.A. Интенсификация роста стартовых культур в технологии производства сырокопченых колбас [Текст] / А. А. Нестеренко // Сб. науч. трудов межд. науч.-технич. конф. Производство продуктов для здоровья человека — как составная часть наук о жизни. — Воронеж, 2012. - С. 230-237. — 0,5 п. л. (лично автором 0,5 п. л.).

19. Нестеренко, А. А. Новый способ активации стартовых культур в технологии сырокопченых колбас [Текст] / А. А. Нестеренко, А. И. Решетняк // Сб. науч. трудов VI межд. науч.-практич. конф. Технология и продукты здорового питания. - Саратов, 2012. - С. 124-128.-0,25 п. л. (лично автором 0,13 п. л.).

20. Панов, Д. К. Влияние направленного использования штаммов молочнокислых бактерии на микрофлору сырокопченых и сыровяленых колбас [Текст] / Д. К. Панов, А. И. Решетняк, А. А. Нестеренко // Сб. науч. трудов VI межд. науч.-практич. конф. Технология и продукты здорового питания. — Саратов, 2012.-С. 132-135.-0,2 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

21. Нестеренко, A.A. Активация стартоеых культур электромагнитным воздействием технологии ферментированных колбас [Текст] / А. А. Нестеренко, А. И. Решетняк // Сб. науч. трудов V межд. науч.-практич. конф. Тенденции и перспективы развития современного научного знания. - М., 2012. - С. 180-188. — 0,5 п. л. (лично автором 0,25 п. л.).

22. Тимошенко, Н. В. Электромагнитная обработка мясного сырья и стартовых культур в технологии производства сырокопченых колбас [Текст] / Н. В. Тимошешсо, А. А, Нестеренко, А. И. Решетняк И Сб. науч. трудов II межд. науч.-практич. конф., посвященной 100-летию ВГАУ и 20-летню обр. фак. технол. и товар. Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности. - Воронеж, 2013. - Ч. 2 - С. 168-173. -0,75 п. л. (лично автором 0,5 п. л.).

Патенты и базы данных для ЭВМ

23. Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2013620160 Мультимедийная лекция на тему «Производство и качество сырокопченой продукции и пищевые добавки» / Нестеренко, А. А., Решетняк, А. И., Тимошенко, Н. В., Патиева, А. М„ Кенийз, Н. В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет». - № 2012621304/12; заявл. 21.11.12., опубл. 09.01.2013. - 6,25 п. л. (лично автором 1,25 п. л.).

24. Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2013620437 Мультимедийная лекция на тему «Производство сухих ферментированных колбас» / Нестеренко, А. А., Решетняк, А. И., Тимошенко, Н. В., Патиева, А. М., Кенийз, Н. В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет». - № 2012621304/12; заявл. 21.11.12, опубл. 9.01.2013. - 6,25 п. л. (лично автором 1,25 п. л.).

25. Пат. 2489025 РФ МПК А23В 4/01. Способ обработки мясного сырья / Решетняк, А. И., Бебко, Д. А., Нестеренко, А. А., Бессалая, И. И.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет». - № 2011151958/13; заявл. 19.12.2011., опубл. 10.08.2013, Бюл. № 22. - 6 с. - 0,75 п. л. (лично автором 0,19 п. л.).

26. Пат. 2489886 РФ МПК А23В 4/01. Устройство для обработки мясного сырья / Решетняк, А. И., Бебко, Д. А., Нестеренко, А. А., Бессалая, И. И.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет». -№2011151957/13; заявл. 19.12.2011., опубл. 20.08.2013, Бюл. № 23. - 6 с. - 0,75 п. л. (лично автором 0,19 п. л.).

Подписано в печать 14.11. 2013. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №201

ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

04201455102

Нестеренко Антон Алексеевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СЫРОКОПЧЕНЫХ КОЛБАС С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ МЯСНОГО СЫРЬЯ И СТАРТОВЫХ КУЛЬТУР

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент А.И. Решетняк

На правах рукописи

Краснодар - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................4

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.................................................................7

1.1 Особенности производства сырокопченых колбас................................7

1.2 Применение стартовых культур в технологии сырокопченых колбас.. 8

1.3 Формирование аромата и вкуса сырокопченых колбас.......................15

1.4 Формирование структуры сырокопченых колбас................................18

1.5 Микробиологические показатели фарша сырокопченых колбас........20

1.6 Способы интенсификации созревания сырокопченых колба..............24

1.7 Способы обработки мясного сырья с целью снижения микробиологической обсемененности........................................................29

1.8 Заключение по обзору литературы........................................................32

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.......34

2.1 Характеристика объектов исследования...............................................34

2.2. Методы и материалы.............................................................................37

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПРИБОРА И ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭМП НЧ НА РАЗВИТИЕ И ПОДАВЛЕНИЕ МИКРОФЛОРЫ .. 45

3.1 Разработка и обоснование основных параметров электрической схемы источника питания, для электромагнитного излучателя................45

3.2 Изучение действия ЭМП НЧ на микрофлору и мясное сырье............51

3.3 Воздействие ЭМП на микрофлору........................................................81

ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭМП НЧ НА МЯСНОЕ СЫРЬЕ И СТАРТОВЫЕ КУЛЬТУРЫ................................................................................85

4.1 Действие ЭМП НЧ на мясное сырье.....................................................85

4.2 Влияние активированных ЭМП НЧ стартовых культур на мясное сырье.............................................................................................................96

ГЛАВА 5. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ СЫРОКОПЧЕНЫХ

КОЛБАС...........................................................................................................109

5.1 Совершенствование технологии сырокопченых колбас с использованием электромагнитной обработки........................................109

5.2 Физико-химические и микробиологические показатели колбас в

процессе осадки, копчения и сушки..........................................................115

5.3 Оценка качественных характеристик готового продукта..................118

5.4 Биологическая ценность сырокопченых колбас.................................126

5.5 Гистологическая структура сырокопченых колбас............................133

ГЛАВА VI ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРОИЗВОДСТВА СЫРОКОПЧЕНОЙ КОЛБАСЫ......................................137

ВЫВОДЫ..........................................................................................................143

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................145

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................163

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день одним из самых перспективных направлений пищевой промышленности является мясоперерабатывающая промышленность, в частности, производство колбасной продукции. Согласно обзору рынка потребления колбасных изделий, наблюдается положительная динамика их потребления. По данным Росстата, на долю сырокопченых колбас приходится - 10%. При этом наблюдается тенденция к увеличению их потребления, в связи с их высокой пищевой и биологической ценностью [92].

Сырокопченые колбасы отличаются длительным сроком хранения, плотной консистенцией, приятным вкусом и ароматом, кроме того отличаются большим содержанием жира, белка и малым содержанием влаги, за счет чего обладают высокой энергетической ценностью.

Следует отметить важную роль сырокопченых колбас с точки зрения здорового питания. Исследования ученых показали, что продукты, содержащие молочнокислую микрофлору, могут положительно влиять на работу желудочно-кишечного тракта, а также способствуют снижению интоксикации желудочно-кишечного тракта человека [128].

Несмотря на вышеуказанные достоинства сырокопченых колбас, их производство остается наиболее трудоемким и требующим длительных сроков производства. Интенсификации технологического процесса производства и разработкой стартовых культур для сырокопченых колбас уделено большое внимание. Этим вопросом занимаются как отечественные, так и зарубежные ученые: И.А. Рогов, JI.B. Антипова, А. И. Жаринов, Н.В. Тимошенко, В. В. Хорольский, Л. С. Кудряшов, И. Г. Анисимова, В.Г. Зонин, М.В. Молочников, L. Leistner, А. Scanneil, A. Mueller, I. Lebert, W. R. Hammes, H. Dellmann и др.

Одним из перспективных направлений интенсификации технологического процесса производства сырокопченых колбас, является внедрение новых биотехнологических приемов, основанных на эффективном

использовании как собственных ферментных систем мясного сырья, так и на целенаправленном внесении стартовых культур. Разнообразие технологических приемов с применением стартовых культур позволяет вырабатывать готовую продукцию высокого качества. При внесении стартовых культур следует учитывать, что скорость их развития напрямую зависит от количества питательной для них среды, вместе с тем значительное внесение Сахаров ускорит технологический процесс, но это может сказаться на органолептических качествах готового продукта [117].

В литературных источниках встречаются упоминания об использование электромагнитного поля (ЭМП) как для обеззараживания сырья, так и для стимулирования роста микрофлоры. В настоящее время исследования биологического действия электромагнитных полей охватывают весь спектр электромагнитных колебаний радиодиапазона от постоянных полей до частот порядка 10 Гц [14, 79].

Несмотря на многочисленные исследования в области действия ЭМП на микрофлору, на сегодняшний день остаются малоизвестными активация электромагнитным полем низких частот (ЭМП НЧ) стартовых культур и их применение в технологии производства сырокопченых колбас, а так же физико-химические и структурно-механические показатели мясного сырья обработанного ЭМП НЧ.

Целью данной работы является изучение действия ЭМП НЧ на мясное сырье и стартовые культуры, применением полученных данных в разработке технологии производства сырокопченых колбас.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1) изучить и обосновать выбранные параметры обработки мясного сырья и стартовых культур электромагнитным полем;

2) исследовать влияние низкочастотной электромагнитной обработки на свойства и микробиологические показатели мясного сырья: говядину и свинину;

3) исследовать влияние низкочастотной электромагнитной обработки на скорость роста и развития стартовых культур;

4) изучить влияние ЭМП НЧ на скорость производства сырокопченых колбас;

5) провести промышленную апробацию предлагаемых решений, оценку показателей качества и безопасности готового продукта;

6) рассчитать экономический эффект от внедрения электромагнитной обработки в технологию производства сырокопченых колбас.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР кафедры технологии хранения и переработки животноводческой продукции ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» «Использование новых биотехнологических приемов для повышения пищевой ценности мясных изделий» (г/к №01.2.00606857 от 03.09.2012 года).

Исследования выполнены в рамках НИОКР программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К» Фонда содействия развитию малых форм предприятий г/к № 11439 р /17136 от 31.01 2013 года.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Особенности производства сырокопченых колбас

Сырокопченые продукты являются деликатесными продуктами длительного хранения, пользующимися спросом у потребителя из-за высокого качества, органолептических свойств и обладающими высокой пищевой, биологической и энергетической ценностью.

Сырокопченые продукты занимают особое место в колбасном производстве. Технология изготовления этих видов продуктов представляет собой консервирование мяса посредством комбинирования посола, ферментации и сушки. При созревании такого мяса происходят различные сложнейшие процессы: физико-химические, биохимические, а также трансформация микрофлоры, в результате чего создаются характерные вкус, цвет, аромат и консистенция.

За счет сильного обезвоживания сырокопченые колбасы могут сохранять свое качество долгое время. В этих колбасах влага содержится в количестве 25-40 % и выход готовой продукции составляет от 55 до 80 % к массе основного сырья [150].

По мере сушки увеличивается содержание жира и белка, за счет чего увеличивается энергическая ценностью готового продукта.

В производстве сырокопченых колбас применяется один из мощнейших факторов консервирования - копчение продукта. Коптильные вещества обладают высокими бактерицидными и бактериостатическими, а также антиокислительными свойствами, вследствие чего увеличивается срок хранения готовых продуктов [150].

Важнейшими процессами в производстве сырокопченых продуктов являются созревание и сушка.

Готовность сырокопченых колбас обеспечивается за счет

ферментативного созревания и сушки. Активное созревание мяса под

7

действием ферментов происходит в период выдержки сырья до посола, во время посола, осадки, а также в начальный период сушки [128].

Несмотря на множество достоинств продукта, имеется, с точки зрения практиков, и весомый недостаток - это сложность производства, высокий риск возможности появления брака, длительность производства. Поэтому проблема ускорения процесса производства с целью сокращения сроков созревания и сушки сырокопченых колбас является актуальной. Технология ускоренного производства включает в себя вопросы цветообразования, структурных изменений, ускорение процессов вкусо- и ароматообразования. Для этих целей используются стартовые культуры, глюконо-дельта-лактон, белковые добавки и другие компоненты [128].

1.2 Применение стартовых культур в технологии сырокопченых колбас

Благодаря успехам научных исследований в области биотехнологии, появляются новые технологии, позволяющие интенсифицировать производство мясных изделий, улучшить их органолептические свойства и повысить гарантию выработки высококачественных продуктов и т.д.

Одним из перспективных направлений интенсификации производства сырокопченых колбас является направленное использование стартовых культур [119]. В большинстве случаев в технологии сырокопченых колбас применяют стартовые культуры, содержащие лактобациллы, микрококки, дрожжи [117]. Наибольший эффект от действия стартовых культур наблюдается при сочетании в одном препарате микроорганизмов разных видов штаммов, например, Lactobacillus sake, Staphylococcus carnosus и Staphylococcus xylosus. Обычно используют сухие культуры с носителем, например, декстрозой [83, 108].

В процессе созревания бактериальные стартовые культуры

вырабатывают различные экзо- и эндоферменты. За счет протеолитической

8

активности многие стартовые культуры принимают участие в улучшении структуры и консистенции мясных продуктов, образуя такие ферменты как коллагеназы и эластазы, которые улучшают ценность и нежность мясного сырья с большим содержанием соединительнотканных белков. Биосинтез молочной и других органических кислот бактериями способствует повышению нежности и сочности мяса, так как они способствуют разбуханию коллагена и тем самым способствуют разрыхлению ткани и гидролизу низкомолекулярных связей. При этом важную роль играет также водородный показатель (pH) сырья. За счет низких значений pH повышается активность внутриклеточных ферментов, катепсинов, оптимальная величина pH для которых равна 4,8-5,2, что соответствует изоэлектрической точке белков мяса [9, 108].

На основании методов биотехнологической модификации разработаны экономичные технологии сырокопченых колбас, мясных рулетов, ветчины, полукопченых колбас и окороков. Помимо производства сырокопченых колбас, стартовые культуры применяют при производстве варено-копченых и полукопченых колбас. Более эффективно проводить ферментацию в начале их изготовления, так как при термообработке создаются неблагоприятные условия для роста и размножения заквасочных культур [9, 158].

Внесение стартовых культур оказывает влияние не только на скорость ферментации сырокопченых колбас. При использовании сухого бактериального препарата, представляющего собой концентрат молочнокислых бактерий и микрококков, было установлено, что под их действием происходило ингибирование как естественной микрофлоры мясного сырья, так и развития Streptococcus aureus, Ps. aeruginosa [114].

Отечественными исследователями Костенко Ю. Г., Жариновым А. И.,

Текутьевой JL А. [114] предложена технология производства мясопродуктов

на основе комплексного использования стартовых культур и

дальневосточных бальзамов, позволяющая обеспечить возможность

устойчивого регулирования хода таких процессов, как вкус-,

9

цветообразование, обезвоживание, ингибирование окисления липидов, селективное развитие микрофлоры и получить продукцию высокого качества [114, 158].

Огромный интерес в области использования стартовых культур вызывает опыт зарубежных исследователей. Например, во Франции, Германии и Болгарии в стартовых культурах используют микрококки. Большое содержание микрококков придает сырокопченым колбасам тончайший запах, нежный и даже пикантный кисловатый оттенок, что считается критерием высокого качества многих сырокопченых колбас. Участие микрококков в процессе образования аромата исследователи связывают с высокой биохимической активностью этих микроорганизмов. Под действием протеолитических ферментов микрококков белки расщепляются на свободные аминокислоты, которые являются важным компонентом во вкусообразовании. Под влиянием липолитической активности образуются летучие низкомолекулярные жирные кислоты, которые могут окисляться до перекисей, а последние под действием каталазной активности микрококков превращаются в карбоксильные соединения, способствующие вкусообразованию продукта [97, 148].

Некоторыми предприятиями Германии, Испании, США выпускается ряд бактериальных препаратов, включающих в свой состав кокки SAGA-1 и SAGA-III и представляют собой смешанную культуру бактерий Pseudomonas acidilactici и Lactobacillus. SAGA-444 - это чистая культура бактерий Micrococcus varians, используемая в производстве сырокопченых колбас. SAGA-75 содержит холодостойкие педиококки, которые рекомендуются для инокулирования в колбасы, созревающие при низких температурах [159].

Наряду с традиционными бактериями, такими как Lactobacillus и Pediococcus, в состав стартовых культур многих американских технологий включают Micrococcus, которые могут восстанавливать нитраты в нитриты, при этом способны улучшать вкус и цвет готовых колбасных изделий [146].

Для производства сырокопченых колбас в Германии применяют такие бактериальные препараты как Bactoferment 61, Duplo ferment Н, Pokelferment 77, в состав которых входят дентитрифицирующие микрококки и микроорганизмы, продуцирующие молочную кислоту. В свою очередь, они улучшают образование и стабилизацию цвета, снижают содержание нитрита, улучшают качество и сокращают процесс изготовления колбас [4].

При производстве ферментированных колбас Лефкас, выпускаемых в Англии, используют в качестве заквасочных культур Lactobacillus и Micrococcus в соотношении 50:50 [146].

При использовании бактериальных стартовых культур в технологии сырокопченых колбас отпадает необходимость предъявлять высокие требования к сырью по его биохимическим свойствам, т.к. появляется возможность регулировать рН мяса. Можно применять разнообразное сырье - парное, созревшее, выдержанное или замороженное. При использовании мяса с разными биохимическими параметрами в определенных условиях можно получить одинаковый продукт [139].

Микрофлора мясного сырья не всегда гарантирует протекание процесса ферментации в нужном направлении, что может привести к браку готовых изделий. Вместо непредсказуемой микрофлоры «диких» микроорганизмов в сырокопченых колбасах должна доминировать определенная флора желательных микроорганизмов [161]. Одной из существенных характеристик стартовых культур является способность производить молочную кислоту из углеводов и, таким образом, способствовать процессу снижения уровня рН[17].

Как правило, при созревании сырокопченых колбас используют

гомоферментативные лактобациллы, образующие из различных Сахаров

только молочную кислоту. Их микроаэрофильность позволяет обеспечивать

процесс ферментаци�