автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии и стабилизация качества упакованных колбасных изделий

На правах рукописи

АДЫЛОВ ФУРКАТ ВАФОЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И

СТАБИЛИЗАЦИЯ КАЧЕСТВА УПАКОВАННЫХ КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.18.04 -

технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 7 ОКТ 2015

Москва - 2015

005563099

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности имени В.М. Горбатова» (ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Семенова Анастасия Артуровна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шипулин Валентин Иванович, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», проректор по учебной работе, заведующий кафедрой «Технология мяса и консервирования»

кандидат технических наук Мяленко Дмитрий Михайлович ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности», заведующий сектором упаковки

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государ-

ственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского»

Защита диссертации состоится «12» ноября 2015 г. в 13:00 ч на заседании диссертационного совета ДМ 006.021.01 при ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова» по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИМП. Автореферат разослан и размещен на сайте www.vniimp.ru « » 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Захаров А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях жесткой конкуренции мясоперерабатывающих предприятий все большую актуальность приобретает выпуск мясной продукции с увеличенными сроками годности, главным образом, в модифицированной газовой среде (МТС), применение которой не приводит к сдавливанию продукта и появлению связанных с этим дефектов.

Исследования в области использования МТС для упаковки мясных продуктов проводились многими отечественными и зарубежными учеными: Лисицыным А.Б., Евстафьевой Е.А., Костенко Ю.Г., Семеновой A.A., Ставцевой H.A., Kerry J.P., Insausti К., Kontominas M.G., Savvaidis I.N. и др., в результате которых был показан значительный потенциал по увеличению сроков годности в зависимости от физико-химических характеристик продукта, подлежащего упаковке, применяемых упаковочных материалов, состава МТС, условий хранения и др. Тем не менее, несмотря на значительный объем научных исследований в области упаковки, до сих пор практическое применение МГС вызывает у производителей мясной продукции наибольшее количество вопросов, касающихся надежного обеспечения хранимоспособности упакованной продукции при уже реализованных в производстве упаковочных решениях. В связи с этим, настоящая диссертационная работа посвящена совершенствованию технологии и стабилизации качества упакованных колбасных изделий за счет более глубокого изучения влияния технологических условий, формирующих качество конечной продукции.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей диссертационной работы являлось совершенствование технологии и стабилизация качества колбасных изделий на примере вареных и полукопченых колбас, упакованных в МГС. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- провести анализ литературных данных и выделить технологические условия современного производства вареных и полукопченых колбас, влияние которых на качество упакованной продукции требует дальнейшего научного изучения;

- изучить влияние термического состояния мясного сырья на формирование качества колбасных изделий, упакованных в МГС;

- исследовать изменение санитарно-гигиенического состояния поверхности колбасных изделий в процессе их хранения перед упаковыванием и рассмотреть целесообразность применения покрывного материала с антибактериальным свойствами;

- изучить изменение состава МГС в процессе хранения упакованной продукции и установить влияние растворимости углекислого газа на качество колбасных изделий с разным влагосодержанием;

- научно обосновать рекомендации по обеспечению технологических условий, определяющих качество упакованных колбасных изделий.

Научная новизна. На основании выполненных сравнительных исследований изучена динамика роста общего количества микроорганизмов и характер формирования показателей качества в процессе промышленного изготовления вареных и полукопченых колбас в зависимости от термического состояния исходного мясного сырья. Впервые предложен и разработан комплексный критерий стабильности мясной продукции к окислительной порче.

Доказана перспективность бесконтактного применения вискозного антимикробного материала в качестве нетрадиционного подхода к решению проблемы снижения риска повторной контаминации готовой продукции при хранении до момента упаковывания.

Получены функциональные зависимости, описывающие изменения концентрации углекислого газа в упаковке колбас с разным влагосодер-жанием в процессе хранения. Теоретически объяснена и экспериментально подтверждена стабильность рН упакованного продукта при снижении содержания углекислого газа в упаковке. Выявлена корреляционная связь между процессами изменения цвета, окислительной порчи и снижения концентрации углекислого газа в упаковке.

Практическая ценность работы. Обоснованы рекомендации по совершенствованию технологического процесса изготовления колбасных изделий, упакованных в МТС, в целях стабилизации их качества. Предложены дополнительные параметры контроля: микробиологические показатели продукции (сырых батонов) до тепловой обработки, показатели окислительной порчи мясного сырья, санитарно-гигиенический контроль поверхности продукции при хранении до упаковывания, контроль снижения концентрации углекислого газа в упаковке на начальных сроках хранения. Показано, что за счет стабилизации качества упакованной колбасной продукции ее фактические потери могут быть снижены в среднем на 3,53%. Определен экономический эффект от внедрения результатов работы, который составляет 42,5 млн рублей в год для предприятия мощностью 10 т в сутки (в цена 2015 г.).

Разработан стандарт организации СТО «Процесс производства колбасных изделий, упакованных в модифицированной газовой среде» для действующего мясоперерабатывающего предприятия.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Всероссийской научно-практической конференции, Углич, 2013; Всероссийской научно-практической конференции, Волгоград, 2014; 17-ой Международной научно-практической конференции, посвященной

памяти Василия Матвеевича Горбатова.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 113 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, двух глав экспериментальной части с обсуждением результатов исследований, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 16 таблиц, 15 рисунков, библиография включает 153 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы.

В первой главе «Обзор научно-технической литературы» приведен аналитический обзор публикаций, посвященных вопросам развития процессов порчи и состоянию современных исследований в области применения МГС для упаковки мясной продукции, ориентированных на комплексные исследования изменения качества упакованных продуктов. Отмечено, что в этом направлении еще недостаточно внимания уделено оценке влияния термического состояния (охлажденное, замороженное) мясного сырья, повторной контаминации продукта, санитарно-гигиеническому состоянию поверхности изделий перед упаковкой, а также изучению изменения состава газовой среды в упаковке и ее воздействия на характеристики продукта при хранении.

Во второй главе «Экспериментальная часть» представлены характеристика объектов, организация исследований, схема выполнения работы и методы исследований.

В качестве основных объектов исследований были использованы колбаса вареная «Докторская» и колбаса полукопченая «Краковская». В процессе их изготовления отбирали образцы охлажденного и размороженного мясного сырья: свинина 2-й категории, говядина 1-й категории, свинина жилованная нежирная и полужирная, говядина жилованная высшего и 1-го сортов. Объектами исследования также являлись образцы колбасного фарша, изготовленные из охлажденного и размороженного мясного сырья. Готовая продукция из охлажденного и размороженного сырья отбиралась с периодом хранения до упаковывания 6, 12, 24 и 48 ч, а также продукция, упакованная в МГС (Ы2/С02 — 80%/20%, 0,7 дм3/кг продукта) с периодом хранения 0, 15, 30, 45, 54 сут, и после вскрытия упаковки на 30-е и 45-е сутки с периодом хранения без МГС 10 и 15 суток (при температуре хранения на всех этапах 2-6°С). При хранении продукции до упаковывания были использованы образцы покрывного материала, разработанного специалистами ОАО «ВНИИ швейной промышленности» (табл. 1).

Таблица 1 — Технические характеристики покрывного материала

Характеристики материала Показатель/Значение

Состав волокнистого материала Вискозное - 100%

Состав антимикробного препарата для пропитки (при использовании) Алкилбензилдиметил-аммоний хлорид

Толщина, мм 0,52

Воздухопроницаемость, дм3/(м2*с) 1100

Паропроницаемость, мг/см2/час 4

Все объекты исследований отбирали в производственных условиях действующих предприятиях в трехкратной повторности не менее, чем от трех партий выработок. Исследования проводили в ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова», в испытательном центре «ВНИИМП-Тест» и лаборатории ОАО «Царицыно» в соответствии со схемой (рис. 1).

При выполнении работы были использованы стандартные и общепринятые методы исследований по определению: микробиологических показателей (1); массовой доли влаги (2); рН (3) - потенциометрическим методом с помощью портативного измерителя «Замер-1»; активности воды (4) - криоскопическим методом на приборе А\УК-20; цветовых характеристик (5) с помощью спектроколориметра "Спектротон"; кислотного числа /КЧ/ (6) - методом, основанным на титровании свободных жирных кислот в эфироспиртовом растворе жира водным раствором щелочи; пе-рекисного числа /ПЧ/ (7) - методом, основанным на окислении йодисто-водородной кислоты пероксидами, содержащимися в жире, с последующим оттитровыванием выделившегося йода тиосульфатом натрия; тиоб-арбитурового числа /ТБЧ/ (8) - методом, основанным на образовании окрашенных веществ в результате взаимодействия продуктов окисления жира с 2-тиобарбитуровой кислотой и на измерении интенсивности окраски на спектрофотометре; напряжения среза (9) - на универсальной испытательной машине «Инстрон»; массовой доли общего азота (10) -методом Къельдаля; массовой доли белкового азота (11); массовой доли солерастворимых белков (12) и водорастворимых белков (13) экстрагированием навески мяса солевым и водным раствором соответственно, с последующим определением белка в экстракте по методу Къельдаля; соотношения газов в упаковке (14) - с помощью газоанализатора; микроструктурные исследования (15); инструментального определения аромата (16) -на приборе «УОСт^ег»; органолептических показателей (17); устойчивости цвета расчетным методом (18). Обработку экспериментальных данных проводили методами математической статистики.

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

В третьей главе «Результаты исследований и их обсуждение» приведены полученные экспериментальные данные, результаты их обработки и обсуждения.

Исследования по оценке влияния термического состояния мяса на его микробиологические показатели показали, что размороженное мясо в полутушах по санитарно-гигиеническому состоянию (для говядины КМАФАнМ - 4,4* 103 КОЕ/г, для свинины - 6,1*102 КОЕ/г) уступало аналогичному охлажденному сырью (для говядины КМАФАнМ -

7,2*102 КОЕ/г, для свинины - 5,8*102 КОЕ/г). При этом, полученные данные свидетельствовали о соответствии микробиологических показателей требованиям безопасности. В процессе разделки, обвалки и жиловки мяса наблюдалось увеличение КМАФАнМ на 1-3 порядка в зависимости от сортности выделяемого жилованного мяса и его исходного термического состояния. Жилованная говядина, выделенная из охлажденных и размороженных полутуш, имела наибольшие различия по этому показателю, чем жилованная свинина. Однако микробиологические показатели жило-ванной свинины в большей степени зависели от сортности выделяемого бескостного сырья, чем у жилованной говядины. В полужирной свинине КМАФАнМ достигал 105, в то время как в нежирной свинине КМАФАнМ не превышало 103 КОЕ/г.

Если на динамику развития микрофлоры в мясе в процессе разделки, обвалки и жиловки оказывало влияние термическое состояние мяса, то результаты определения микробиологических показателей колбасного фарша и готовой продукции показали, что проведение дальнейших технологических операций приводило к нивелированию различий микробиологических показателей как в процессе изготовления полукопченой, так и вареной колбасы. Осадка батонов перед тепловой обработкой в течение 2 ч (для «Докторской») и 8 ч (для «Краковской») не приводила к существенному (менее одного порядка) изменению КМАФАнМ колбасного фарша как изготовленного из охлажденного, так и из размороженного мяса. После тепловой обработки колбас независимо от термического состояния использованного мяса в готовой продукции уровень общего содержания микроорганизмов не превышал 1,0*10' КОЕ/г.

Микробиологические исследования колбас (табл. 2), изготовленных из охлажденного и размороженного мяса, показали, что в течение всего периода хранения, в т.ч. после вскрытия упаковки и последующего хранения без упаковки, все образцы соответствовали установленным нормам.

Для наглядности и практического использования при оценке санитарно-гигиенического уровня производства результаты микробиологических исследований были обобщены в виде модели нормального изменения общего содержания микроорганизмов (КМАФАнМ) при изготовлении вареных и полукопченых колбас (рис. 2). При анализе полученной модели было отмечено, что в результате эффективной тепловой обработки должно выживать не более 0,002% от количества микроорганизмов, содержащихся в сырых батонах перед тепловой обработкой.

Известно, что снижение качества упакованной продукции может быть связано с длительным хранением мяса в замороженном состоянии: его функционально-технологические характеристики снижаются в результате денатурационных изменений белков под действием низких отрица-

тельных температур. При этом термическое состояние мяса может оказать влияние и на характер изменений качества продукта при хранении. В связи с этим, был проведен комплекс физико-химических и инструментальных испытаний колбас, упакованных в условиях МГС, на различных этапах хранения до и после вскрытия упаковки.

При хранении колбас, упакованных в МГС, развития каких-либо видимых дефектов качества не наблюдалось. Данные физико-химических исследований позволили зафиксировать, в основном, незначительные изменения: снижение массовой доли влаги в продукте (на 54-е сут хранения массовая доля влаги в колбасе, изготовленной из охлажденного сырья, снизилась на 2,1%, в колбасе из замороженного сырья — на 3,6 %); снижение активности воды (на 0,0017 ед. для колбас из охлажденного сырья и на 0,0038 ед. для колбас из замороженного сырья), снижение напряжения среза в процессе хранения упакованных колбас и возрастание при хранении после вскрытия упаковки (в среднем на 16-20%, различия для колбас из охлажденного и замороженного сырья были в пределах погрешности метода измерения структурно-механической характеристики). Массовая доля общего и белкового азота практически не изменялась, при этом в колбасах из охлажденного мяса, содержание азота водорастворимых фракций было несколько выше (0,16%), чем у колбас из замороженного мяса (0,14%). После вскрытия упаковки происходило некоторое увеличение содержания белковых веществ вследствие уменьшения массовой доли влаги. Микроструктурные исследования колбас показали, за весь период хранения компоновка структурных элементов фарша и характер их взаимосвязи не претерпевали существенных изменений. Основные отличия исследованных образцов колбас на начало и по окончанию периода хранения были связаны с постепенным изменением содержания микроорганизмов. Однако, даже на 54-е сут хранения в исследованных образцах микроорганизмы не образовывали микроколоний, а располагались, как и в образцах после выработки (фон) - диффузно по массе продукта. Микрофлора была представлена преимущественно кокковыми формами, не обладавшими выраженными протеолитическими свойствами, т.к. изменений в белковой массе, представленной в микроструктуре образцов колбас, на всем протяжении хранения не выявлено. В ходе гистологических исследований не было обнаружено каких-либо особенностей в микроструктуре, а также в локализации и количественном содержании микроорганизмов в зависимости от термического состояния сырья. Исследования изменения аромата колбас с помощью мультисенсорной системы «электронный нос» показали, что интенсивность запаха увеличивалась незначительно (на 54-е сут хранения на 24,8% и 27,9%, соответственно, для колбас из охлажденного и замороженного мяса).

Таблица 2 - Микробиологические показателей полукопченых колбас,

упакованных в условиях МТС, в процессе хранения __до и после вскрытия упаковки_

Объекты исследования Период хранения, сут Период хранения после вскрытия упак.. сут КМАФАнМ, КОЕ/г БГКП (коли-формы) в 1,0 г МКБ, КОЕ/г Сульфитред. клостридии в 0,01 г,

Полукопченая колбаса «Краковская» из охлажденного мяса фон <1*10' н/о <1*10' н/о

30 <1,5*102 н/о <1,5*102 н/о

10 <1*10' н/о <1*10' н/о

15 <1*10' н/о <1*10' н/о

45 <1*10' н/о <1*10' н/о

10 <1,5*102 н/о <1*10' н/о

54 <1,5*102 н/о <1*10' н/о

Полукопченая колбаса «Краковская» из замороженного мяса фон <1*10' н/о <1*10' н/о

30 <1,5*102 н/о <1*10' н/о

10 <1,5*10г н/о <1*10' н/о

15 <1,5*10" н/о <1*10' н/о

45 <1*10' н/о <1*10' н/о

10 <1,5*102 н/о <1*10' н/о

54 <1,5*102 н/о <1*10' н/о

КОЕ/Г 1000000

Мрсонаности Жигованное -колбасный колбасный Колбасный готовый

.мясо фарш (из фар и (через 7 |)флр и (через 8 ч) продукт

куттера)

Рисунок 2 - Модель нормального изменения общего содержания микроорганизмов при изготовлении вареных и полукопченых колбас

Увеличение площади мультисенсорного профиля аромата происходило за счет возрастания показаний сенсоров М1, М2 и М4, что было обусловлено повышением содержания в газовой фаза образцов летучих компонентов - продуктов окисления жира, кетонов, альдегидов, летучих жирных кислот, аммиака и др. Комплекс выше описанных результатов исследований не позволил выявить значимых различий между колбасами, изготовленными из охлажденного и замороженного сырья при различных условиях хранения (в МГС и после вскрытия упаковки).

При хранении колбас на каждом этапе проводили дегустационную оценку продукции. И хотя на всех сроках хранения органолептическая оценка составляла от 4,7 до 5,0 баллов (по 5-балльной шкале), на конечных сроках хранения дегустаторами было отмечено изменение цвета колбас. Инструментальные исследования цветовых характеристик колбас (рис.3) показали, что общая устойчивость цвета в процессе хранения снижалась. Причем наиболее существенные изменения цвета протекали в образцах колбас из замороженного сырья, а также при хранении после вскрытия упаковки.

10

О 10 2С 30 40 50 60

Продолжительность хранения, суг

—•— №1 —•— №2 —®— №3 - • - №4 - • - №5 - • - №6

Рисунок 3 — Изменение общей устойчивости цвета в процессе хранения полукопченой колбасы «Краковская» Обозначения: образцы из охлажденного мяса: №1 - хранившиеся в МГС без вскрытия упаковки в течение 54 сут; №2 - хранившиеся 30 сут в МГС и после вскрытия упаковки еще 15 сут; №3 - хранившиеся 45 сут в МГС и после вскрытия упаковки еще 10 сут; образцы из замороженного сырья: №4 - хранившиеся в МГС без вскрытия упаковки в течение 54 сут; №5 - хранившиеся 30 сут в МГС и после вскрытия еще 15 сут; №6 - хранившиеся 45 сут в МГС и после вскрытия упаковки еще 10 сут.

Изменения цвета выражались в снижении светлоты, повышении красноты и желтизны, что органолептически воспринималось как потемнение колбас. Особенно значительно изменялась желтизна. Устойчивость по этому показателю для колбас из охлажденного сырья составила: 65,63%, 60,94% и 62,50%, соответственно, для образцов №1, №2 и №3. Для колбас из замороженного сырья устойчивость по желтизне была: 31,37%, 15,69% и 11,76%, соответственно, для образцов №4, №5 и №6. По величине общей устойчивости колбасы были проранжированы следующим образом: №1 (84,67%), №2 (83,29%), №3 (81,27%), №4 (68,49%), №5 (60,76%), №6 (59,45%). Таким образом, термическое состояние исходного мясного сырья оказывало влияние на показатели цвета и их стабильность при хранении колбас.

При хранении жиросодержащих продуктов окислительные процессы происходят как в результате контакта с кислородом воздуха, так и при взаимодействии с кислородом, попавшим в продукт до исключения этого контакта. Данные по определению КЧ, ПЧ и ТБЧ в процессе хранения полукопченых колбас, упакованных в МТС, свидетельствовали о росте значений показателей окислительной порчи (рис. 4). Хотя ни в одном образце не было зафиксировано превышение установленных нормативных значений для показателей окислительной порчи (ПЧ — не более 10 ммоль акт02/кг, КЧ - не более 4 мг КОН/г) накопление продуктов окисления жиров происходило интенсивно. Так, КЧ увеличилось с 1,60 и 1,37 (фон) до 2,59 и 2,76 (54-е сут хранения) мг КОН/г, ПЧ - с 1,31 и 0,96 до 4,89 и 2,96 ммоль акт 02/кг, ТБЧ - с 0,031 и 0,013 до 0,296 и 0,140 мг/кг, соответственно, для колбас из охлажденного и замороженного мяса. При этом, колбасы, изготовленные из охлажденного мясного сырья, продемонстрировали более высокие значения показателей окислительной порчи на начальный период хранения. Однако к окончанию сроков хранения наблюдалось иная картина, что говорило о разной скорости течения окислительных процессов при хранении колбас, изготовленных из мясного сырья различного термического состояния, а, следовательно, и о их разной стабильности к окислительной порче.

Для сравнительной оценки стабильности колбас к процессам окислительной порчи впервые был предложен комплексный критерий:

где: Кст — комплексный критерий стабильности продукта к окислению; Тн, П„, К„ - значения ТБЧ, ПЧ и КЧ на начальный момент хранения; Тк, Пк, Кк - значения ТБЧ, ПЧ и КЧ на момент окончания периода хранения; 0,5; 0,4; 0,1 — коэффициенты весомости, установленные экспертным методом.

О 10 20 М 4(1 50 60 0 1(1 20 1(1 -40 5(1 60

Продо.тантельностт, хранения, сут Продолжительность хранения, пт

О 10 20 30 40 50 60 Продолжительность хранения, сут

—•— №1 —»—№2 -»-№3 -•-№4—»-№5 --»--№6

в)

Рисунок 4 - Показатели окислительной порчи полукопченой колбасы «Краковская»: а) КЧ, б) ПЧ, в) ТБЧ. Обозначения: (см. к рис.3)

При стабильных (неизменяющихся в процессе хранения) значениях показателей окислительной порчи (ТК=ТН, ПК=ПН, Кк=К„) критерий Кст равен нулю. Чем больше происходит накопление продуктов окисления жиров (ТК>ТН, ПК>П„, Кк>К„), тем большее значение будет у критерия Кст. При определении коэффициентов весомости эксперты исходили из влияния продуктов окисления жиров на изменение органолептических характеристик колбасных изделий. Анализ значений Кст (рис.5) показал, что скорость протекания окислительных процессов с накоплением продуктов окисления, способных оказывать негативное влияние на органолептиче-ские характеристики колбасных изделий, была выше в колбасах, изготовленных из размороженного мясного сырья.

Ке, 12,00

10,00

0,00

6,00

8,00

2,00

■I -и ¡1 1

30 сут в МГС 45 сут в МГС 54 сут в МГС 30 сут в МГС 45 сут в МГС

+ 15 сут +10 сут

■ Охлажденное сырье ■ Размороженное сырье

Рисунок 5 - Значения комплексного критерия Кст для полукопченых колбас, изготовленных из охлажденного и размороженного мяса

На различных сроках хранения, в т.ч. без вскрытия упаковки и с промежутком хранения после вскрытия упаковки, значения Кст для колбас из размороженного мяса были выше в 1,9-2,4 раза. При этом, вскрытие упаковки и дальнейшее хранение без упаковки практически не оказало влияния на величину Кст. Расчет значений Кст для этапов хранения колбас без упаковки показал, что существенной разницы в величине этого критерия для колбас из охлажденного мяса (Кст = 1,18-1,40) и для колбас из размороженного мяса (Кс, = 1,19-1,56) не было. Эти результаты анализа значений Кст согласовывались с данными зарубежных исследований, которые отмечали высокую интенсивности протекания окислительных процессов в присутствии в упаковке остаточных количеств кислорода.

В связи с тем, что предельно допустимые значения показателей окислительной порчи при хранении колбас не были достигнуты, была рассчитана соответствующая им величина Кст (при Пк=10 ммоль 02/кг, Кк=4 мг КОН/г и Тк=0,5 мг/кг). Для колбас, изготовленных из размороженного мяса, эта величина составила бы 22,7. С учетом максимально достигнутого значения в экспериментах (шах Кст=10,25), у колбас из размороженного сырья имелся еще значительный «запас стабильности».

Для обеспечения безопасности и качества упакованной продукции важны данные о санитарно-гигиеническом состоянии поверхности колбас перед упаковкой. В связи с этим, были проведены соответствующие микробиологические исследования для вареных и полукопченых колбас (табл.3). Продукцию отбирали на различных сроках хранения после окончания технологического процесса в условиях крупного предприятия (хорошо налаженное производство), имевшего долю возврата упакованной продукции не более 2,0%.

Таблица 3 - Микробиологические показатели состояния поверхности колбас

Показатель Значение показателя, КОЕ/см2, при продолжительности хранения до упаковывания:

6 ч 12ч 24 ч 48 ч

Для колбасы «Докторская»

КМАФАнМ (3,8±0,2)*102 (2,4±0,2)*103 (5,7±0,2)*103 (6,5±0,3)*103

Дрожжи и плесени (1,0±0,2)*102 (1,8±0,2)*102 (1,5±0,2)*102 (1,8±0,2)*102

МКБ (5,0±1,0)*101 (1,0±0,5)*102 (2,0±0,5)*102 (6,0±0,5)*102

Для колбасы «Краковская»

КМАФАнМ (2,5±0,2)*103 (2,0±0,2)*103 (5,1±0,2)*103 (6,3±0,3)*103

Дрожжи и плесени (2,0±0,5)*10' (4,0±0,5)*10] (3,5±0,5)*10' (4,0±0,5)*10'

МКБ (4,0±0,5)*10' (2,0±0,5)*10' (2,0±0,5)*10' (1,7±0,5)*10'

С учетом сроков хранения колбас до упаковывания, рекомендуемых ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова», и на основании анализа полученных результатов исследований смывов с поверхности колбасных батонов были предложены в качестве предельно допустимых уровней повторной контаминации следующие значения показателей: КМАФАнМ - не более 5*103 КОЕ/см2; дрожжи и плесени — не более 2,0*102 КОЕ/см2; молочнокислые бактерии (МКБ) - не более 1,0*102 КОЕ/см2.

Принимая во внимание значение санитарно-гигиенического состояния поверхности продукта перед упаковкой, были проведены исследования по оценке возможности его улучшения за счет применения покрывного материала: опыт №1 и опыт №2 - без и с антимикробной пропиткой, соответственно (рис. 6).

При исследовании поверхности батонов колбасы «Докторская» КМАФАнМ (№1 и №2) составляло через 6 ч хранения 1*10' КОЕ/см2. через 12 ч значения КМАФАнМ возросли на 1 порядок: 2*102 КОЕ/см2 и 4*102 КОЕ/см2, соответственно, для №1 и №2. Через 24 ч хранения колбас под покрывным материалом существенного роста КМАФАнМ не наблюдалось: 4*102 КОЕ/см2 (№1) и 2*102 КОЕ/см2 (№2). На поверхности батонов, находившихся под покрывным материалом без антимикробной пропитки, на всех сроках хранения (6, 12 и 24 ч) были выявлены дрожжи и плесени в количестве менее 1*10' КОЕ/см2, а МКБ-2*10' КОЕ/см2 только в первые 6 ч хранения.

Сходные результаты были получены и при исследовании поверхности батонов колбасы «Краковская». В течение 48 ч хранения под покрывным материалом рекомендуемые значения предельного уровня КМАФАнМ не были достигнуты. Общее количество микроорганизмов

КОЕ/см2 10000

1000

100

10

||||||| |||| I

№1 (6 ч)

№2 (6 ч)

№1 (12 ч)

N52 (12 ч)

№1 (24 ч)

№2 (24 ч)

■ КМАФАнМ ■ Дрожжи и плесени

а)

МКБ

КОЕ/см-10000

1000

10

I I

I I I

I

РекоыеипуемыЙ № 1 (12 ч)

.N52 (24 ч)

КМАФАнМ

■ Дрожжи п штесентт

б)

МКБ

Рисунок 6 - Микробиологические показатели поверхности батонов при хранении под покрывным материалом: а) колбасы «Докторская» в течение 6, 12 и 24 ч ; б) колбасы «Краковская» в течение 12, 24 и 48 ч

в смывах с батонов составило через 12 ч хранения 5*10* КОЕ/см2 (№1) и 2*101 КОЕ/см2 (№2). Через 24 ч значения КМАФАнМ возросли на один порядок: 5*102 КОЕ/см2 (№1) и 1*102КОЕ/см2 (№2). Через 48 ч хранения колбас под покрывным материалом роста КМАФАнМ не наблюдалось, напротив, было зафиксировано некоторое снижение, которое было, по всей видимости, связано с подсыханием поверхности батонов: в №1 - до 3*102 КОЕ/см2, в №2 - до 6*10' КОЕ/см2. На поверхности батонов колбасы «Краковская», хранившихся под покрывным материалом (№1 и №2) до 48 ч включительно, не были выявлены МКБ, дрожжи и плесени. Таким образом, использование покрывного материала с антимикробной пропиткой (№2) по сравнению с таким же материалом без пропитки (№1) не ока-

зало существенного влияния на снижения количества микроорганизмов на поверхности батонов колбас. Однако при продолжительности хранения колбас до 24 ч (для вареных колбас) и до 48 ч (для полукопченых колбас) включительно применение любого из этих вариантов покрывного материала было эффективным в отношении ограничения контаминации дрожжами, плесенями и МКБ. Этот вывод были подтвержден исследованиями санитарно-гигиенического состояния поверхности колбас после хранения в условиях МГС в течение 30 суток (табл. 4). Полученные результаты свидетельствовали о перспективности применения вискозного материала для укрывания рам с колбасными изделиями при их хранении до упаковывания. Результаты исследований по использованию покрывного материала показали возможность увеличения периода хранения продукции до упаковывания для вареных колбас - с 12 до 24 ч, для полукопченых колбас - с 24 до 48 ч. Однако, учитывая различные условия работы предприятий, автор считает более правильным ограничиться рекомендациями в отношении использования нетканного материала только в целях улучшения санитарно-гигиенического состояния колбас перед упаковыванием.

Таблица 4 — Результаты микробиологических исследований состояния поверхности колбасы «Краковская» через 30 сут хранения в МГС

Образцы Значение показателя для колбас, хранившихся до упаковывания в течение:

12 ч 24 ч | 48 ч

КМАФАнМ, КОЕ/см"

Контроль (без покрывного материала) сплошной рост сплошной рост -

Опыт №1 - (8,0±0,2)*10' (2,9±0,1)*104

Опыт №2 - (2,0±0,5)*10' (5,0±0,5)*102

Дрожжи и плесени, КОЕ/см'

Контроль <1*10' <1*10' -

Опыт №1 - <1*10' <1*10'

Опыт №2 - <1*10' <1*10'

МКБ, КОЕ/см"

Контроль сплошной рост сплошной рост -

Опыт №1 - (1,0±0,5)*10ч (5,0±0,5)*104

Опыт №2 - (7,0±0,5)*10~ (6,0±0,5)*10'

В работах зарубежных ученых приводятся достаточно высокие значения растворимости углекислого газа в мясе (до 1,79 л/кг). Вместе с тем, в отечественных исследованиях, хотя и было обращено внимание на этот факт, однако состав газов в упаковке рассматривался как достаточно стабильный в течение всего периода хранения (в пределах 0,5% при сроках хранения 20 сут). Это несоответствие в ранее полученных данных требо-

вало дальнейшего изучения. Состав газов в упаковке анализировали в течение 36 сут хранения колбасы «Докторская» и 54 сут хранения колбасы «Краковская» (рис. 7).

100

90

2 80

э? I

70

о I.

0 | 60

50

| | 40

1 | 30

а

* 20

10 у = -18,57!м(х) +89,512

П1 = 0,9814

0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Продолжительность хранения, сут

• Колбаса "Докторская" • Колбаса "Краковская"

Рисунок 7 - Изменение концентрации углекислого газа в упаковке при хранении колбас

Скорость снижения концентрации углекислого газа была значительно выше в упаковках с вареной колбасой, чем в упаковках с полукопченой колбасой, что объяснялось разной массовой долей влаги в этих продуктах (63,27±2,10% и 52,72±3,03%, соответственно).

Наибольшая скорость снижения концентрации углекислого газа (С02) в упаковках наблюдалась в первые 7 суток хранения: в упаковках с вареной колбасой концентрация С02 снизилась на 53%, а в упаковках с полукопченой колбасой — на 34,5% к исходному его содержанию в используемой газовой смеси. После 7 суток хранения скорость снижения концентрации С02 замедлялась и оставалась стабильной до конца периода хранения. Статистическая обработка полученных данных показала, что изменение концентрации углекислого газа происходило по логарифмическому закону:

У = -А1п(х) + В

где: У — концентрация углекислого газа в % к его исходному содержанию в используемой газовой смеси; X - продолжительность хранения колбасных изделий в упакованном виде; А, В - коэффициенты логарифмической функции, которые в случае, когда использована смесь газов 20% С02 /

у = -12,881м{х) + 93,83 Я' = 0.9ЯП7

80% были: для вареных колбас А=18,57, В=89,512; для полукопченых колбас А=12,88, В=93,83.

Учитывая, что полученное уравнение можно использовать для расчета концентрации С02 в упаковке на текущий момент хранения продукции, а также, что: У=(у/у0) 100%, где: у, - остаточное содержание углекислого газа в газовой смеси на текущий момент хранения; у0 — содержание углекислого газа в используемой газовой смеси (в нашем случае у0 = 20%), получим два уравнения для расчета остаточного содержания С02 в упаковке на момент хранения:

для вареных колбас у = —3,7141п х + 17,902 (1) для полукопченых колбас)' = —2,576 1пдг + 18,766 (2) Анализ отношения приращения функции к приращению аргумента для полученных функциональных зависимостей позволил рассчитать теоретически величину снижения концентрации С02 для различных периодов хранения колбас (табл. 5).

Таблица 5 - Расчетные значения ежесуточного снижения

содержания СР2 при хранении колбас, упакованных в МТС

Вареные колбасы Полукопченые колбасы

Период хранения, сут Снижение содержания со2, %/сут Период хранения, сут Снижение содержания С02, %/сут

с 1-х по 2-е -2,6 с 1-х по 2-е -1,8

3-й -1,5 3-й -1

4-е -1,1 4-е -0,7

5-е -0,8 5-е -0,6

6-е -0,7 6-е -0,5

7-е -0,6 7-е -0,4

8-е -0,5 с 8-х по 10-е -0,3

с 9-х по 11-е -0,4 с 11-х по 17-е -0,2

с 12-х по 15-е -0,3 с 18-х по 52-е -0,1

с 16-х по 25-е -0,2 с 53-х.... 0

с 26-х по 36-е -0,1

с 75-х..... 0

Рассчитанные значения ежесуточного снижения содержания С02 показали, что в пределах допустимых сроков годности вареных и полукопченых (30 сут и 45 сут, соответственно) колбас, стабилизации процесса растворения С02 не наступает. Начиная с 26-х суток для вареных колбас и с 18-х суток для полукопченых колбас скорость снижения содержания С02 падает до 0,1% в сут. Однако «насыщение» системы «продукт-газовая среда» углекислым газом, при котором С02 прекращает растворяться в упакованном продукте, следует ожидать только после окончания их срока годности: для вареных колбас — на 75-е сут, а для полукопченых колбас —

на 53-и сут хранения. Это означает, что объем упаковки будет уменьшаться в течение всего срока годности. Полученные уравнения (1) и (2) могут быть использованы при расчете изменения объемов упаковки с использованием МГС.

Выявленные закономерности изменения концентрации С02 потребовали более детального изучения динамики изменения физико-химических показателей — рН, массовой доли влаги, показателей окислительной порчи и цветовых характеристик.

В течение первых 7 суток, пока скорость растворения С02 сохранялась на достаточно высоком уровне, наблюдалось некоторое снижение рН в колбасах. Однако, снижение содержания С02 в результате его растворимости в продукте не оказывало существенного влияния на значение рН полукопченой колбасы, в вареной колбасе снижение рН составило около 0,1 ед. При дальнейшем хранении наблюдалась тенденция к повышению значения рН. Для объяснения полученных результатов была использована теория механизма растворения диоксида углерода в воде. С02 взаимодействует с водой с образованием не только угольной кислоты, но и других продуктов - карбонатов и гидрокарбонатов:

С02+Н20 = н2со3

С02+Н20=Н++НС03"; К, = [Н+][НС03]/[С02] = 4-Ю"7

НСОз"=Н++СОз""; К2= [Н+][СОз"]/[НСОз ] = 5,6-10'"; где К] и К2 - константы диссоциации угольной кислоты по 1-ой и 2-ой ступеням.

Согласно уравнению Хендерсона-Хассельбальха концентрация ионов, определяющая кислотность среды при растворении С02 в воде, преобразуется следующим образом: рН = р!м - 1§[С02]/[НС03~] или рН = рК, + ^[НС03"]/[С02], рК, = -^К, =-^4-10'7 = 6,4

Значение рН среды при растворении С02 определяется соотношением концентраций ионов, образованных по первой ступени диссоциации угольной кислоты и углекислого газа [НС03"]/[С02]. Растворение С02 в мышечной ткани не приводит к снижению рН, т.к. для этого концентрация [С02] должна оставаться на слишком высоком уровне (так, даже если соотношение [НС03"]/[С02] = 1/4, значение кислотности среды будет равно: рН = 6,4 + ^ 0,25=5,8). Кроме этого, согласно принципу Ле Шателье баланс между С02, гидрокарбонатом и карбонатом зависит от рН среды. Таким образом, на соотношение [НС03"]/[С02] и на конечное значение рН в системе будет оказывать влияние и исходное значение рН продукта, которое для вареных и полукопченых колбас, как правило, достаточно высоко - от 5,8 и выше. Это подтвердили и экспериментальные данные. Хранение колбас в МГС привело на окончание периода хранения к незначительному увеличению показателя рН колбас — на 0,07 ед для колбасы

«Докторская» и на 0,06 ед для колбасы «Краковская» по сравнению с фоновым значением. Поэтому наблюдавшиеся в экспериментах снижения массовой доли влаги в продукте (в пределах 1-3%) при хранении в МГС не являлись следствием изменения значения рН.

Как было показано выше, наиболее интенсивные изменения были выявлены при изучении цветовых характеристик и показателей окислительной порчи. С другой стороны, была зафиксирована и изучена высокая динамика изменения концентрации С02 в упаковке при хранении колбас. В этой связи представляло интерес исследование взаимосвязи между процессами растворения С02, изменением цвета продукта и показателями окислительной порчи. Анализ массивов данных подтвердил наличие корреляционной зависимости между концентрацией С02, цветовыми характеристиками и показателями окислительной порчи: абсолютная величина коэффициентов корреляции составила от 0,7001 до 0,9949. Причем высокая корреляционная зависимость была выявлена между концентрацией С02 и комплексным критерием стабильности продукции к окислительной порчи (Кст): коэффициенты корреляции равны -0,9980 и 0,9258 для колбас из охлажденного и замороженного сырья, соответственно. Для колбас из замороженного сырья была отмечена высокая корреляционная зависимость между концентрацией С02, светлотой, желтизной, ТБЧ и общей устойчивостью цвета. А для колбас из охлажденного сырья была отмечена высокая корреляция между содержанием С02, краснотой и ТБЧ. Это позволило сделать вывод о том, что между процессами растворения С02, накоплением продуктов окисления жиров и изменением цвета упакованного продукта существует тесная взаимосвязь, развитие которой в свою очередь приводит к постепенному снижению качества продукции.

В то же время изучение корреляции между массивами данных по изменению цветовых характеристик и показателей окислительной порчи также позволило отметить тесную взаимосвязь в протекании этих процессов, в особенности для показателей цвета и ТБЧ, а также между общей устойчивостью цвета и критерием стабильности продукта к окислительной порче. Причем, для продукции из замороженного сырья эта взаимосвязь была выражена сильнее, чем для колбас из охлажденного мяса: для данных, полученных в результате исследований колбас из замороженного сырья по показателям цвета и окислительной порчи 22 коэффициента корреляции имели значения выше 0,9000, тогда как для колбас из охлажденного сырья - только 17. Это еще раз подтверждает более высокие риски снижения качества упакованной продукции длительных сроков годности при использовании замороженного мяса.

Проведенный комплекс исследований убедительно показал на примере отечественной колбасной продукции массового производства, что

упаковка в МГС не может рассматриваться как абсолютное средство от процессов микробиологической и окислительной порчи. Эти процессы идут, хотя их развитие в условиях МГС имеет свои особенности, скорость и характер протекания.

В ходе опытно-промышленных выработок продукции были установлены потери массы колбас в результате естественной усушки при хранении до упаковывания в охлаждаемых камерах (табл. 6).

Таблица 6 — Потери массы полукопченой колбасы «Краковская» в результате усушки при хранении до упаковывания._

Продолжительность хранения до упаковывания Усушка, %

Контроль (без покрывного материала) Опыт № 1 (с покрывным материалом) Опыт №2 (с покрывным материалом)

6 часов 1,54 0,52 0,51

12 часов 2,19 0,64 0,70

24 часа 3,48 0,79 1,11

48 часов 6,97 2,27 2,21

При внедрении результатов работы следует ожидать снижение среднего уровня потерь продукции в результате усушки на 2,53% (при продолжительности хранения до упаковывания 24 ч). Кроме этого за счет повышения стабильности качества продукции будут снижены объемы несоответствующей продукции (рекламации и возврат). Для расчета экономического эффекта был принят минимальный уровень снижения объемов возвратов (на 1%). Таким образом, внедрение результатов работы позволяет получить дополнительный объем продукции — 3,53%, что обеспечит (с учетом расходов на покрывной материл) при производстве колбасы 10 т в сутки годовой эффект 42,5 млн руб. в год.

Кроме этого, совершенствование технологии и стабилизация качества упакованных массово производимых продуктов с длительными сроками годности способствуют повышению их безопасности, что, безусловно, имеет высокую социальную значимость.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что при соблюдении надлежащего санитарно-гигиенического уровня производства и технологических режимов термическое состояние мясного сырья не оказывает влияние на микробиологические показатели безопасности вареных и полукопченых колбас, упакованных в условиях МГС, в том числе при их последующем хранении. Предложена модель нормального изменения общего содержания микроорганизмов от исходного сырья до готовой продукции, обеспечивающая

ее соответствие при последующем длительном хранении;

2. Определено, что при хранении упакованных колбас как в условиях МГС, так и без упаковки, основными факторами снижения качества является динамика изменения показателей цвета и окислительной порчи. При этом, термическое состояние исходного мясного сырья оказывало влияние на показатели цвета и их стабильность. Для колбас из охлажденного сырья устойчивость цвета в процессе хранения составляла 81-85%, из замороженного сырья — 59-68%. Значение комплексного критерия стабильности к окислительной порчи было выше в 1,9-2,4 раза выше для колбас из замороженного сырья, чем из охлажденного.

3. Проведена оценка изменения санитарно-гигиенического состояния поверхности колбас при их хранении до упаковывания. В качестве критериев оценки допустимого уровня повторной контаминации предложены следующие микробиологические показатели и их предельные значения: КМАФАнМ — не более 5*103 КОЕ/см2, дрожжи и плесени — не более 2,0* 102 КОЕ/см2, МКБ - не более 1,0* 102 КОЕ/см2.

4. Доказана возможность снижения уровня повторной контаминации, особенно в отношении МКБ, дрожжей и плесеней, за счет использования покрывного материала. Показано, что период хранения колбасных изделий до упаковывания при использовании покрывного материала (даже без антимикробной пропитки) может быть увеличен в 2 раза.

5. Установлено, что изменение концентрации углекислого газа в упаковке подчиняется логарифмическому закону. Получены соответствующие функциональные зависимости для колбас с различным влагосодержанием. Рассчитаны ежесуточные нормы снижения содержания углекислого газа для различных периодов хранения вареных и полукопченых колбас, и объяснен механизм относительной стабильности рН продукта при хранении в МГС. Установлена тесная корреляционная связь между протеканием процессов окислительной порчи, изменения цвета и снижением концентрации углекислого газа, причем показано, что на продукции, изготовленной из замороженного сырья, взаимосвязь в развитии этих процессов выше, чем при использовании охлажденного мяса.

6. Разработаны научно обоснованные рекомендации по совершенствованию технологического процесса и стабилизации качества упакованных колбасных изделий и СТО «Процесс производства колбасных изделий, упакованных в модифицированной газовой среде», включающие дополнительные параметры контроля: микробиологические показатели продукции (сырых батонов) до тепловой обработки, показатели окислительной порчи мясного сырья, санитарно-гигиенический контроль поверхности продукции при хранении до упаковывания, контроль снижения концентрации углекислого газа в упаковке на начальных сроках хранения.

7. Определен экономический эффект от внедрения результатов работы,

который составляет 42,5 млн рублей в год для предприятия мощностью

10 т в сутки (в цена 2015 г.).

Опубликованные работы по теме диссертации

1 Семенова A.A., Небурчилова Н.Ф., Мотовилина A.A., Адылов Ф.В. Производство и потребление колбасных изделий //Все о мясе №5,

2012, с. 22-25.

2 Семенова A.A., Насонова В.В., Голованова П.М., Ревуцкая Н.М., Адылов Ф.В. Упаковка в модифицированную газовую среду - факторы, влияющие на качество мясных продуктов //Мясной ряд №3(53),

2013, с. 81-84.

3 Семенова A.A., Насонова В.В., Голованова П.М., Ревуцкая Н.М., Адылов Ф.В. К вопросу установления причин выделения влаги при хранении полукопченых колбас, упакованных в модифицированную газовую среду //Актуальные проблемы повышения конкурентоспособности продовольственного сырья и пищевых продуктов в условиях ВТО. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Углич, 2013. - с.250-252.

4 Семенова A.A., Туниева Е.К., Адылов Ф.В. Влияние термического состояния мясного сырья на процессы окисления жира в полукопченых колбасах //Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Волгоград,

2014, 2 том. — с.48-50.

5 Семенова A.A.. Насонова В.В., Туниева Е.К., Адылов Ф.В. Способы упаковки мясной продукции: преимущества и недостатки //Мясная индустрия №1 2014. - с. 52-54.

6 Семенова A.A.., Туниева Е.К., Адылов Ф.В. Влияние диоксида углерода в упаковке на качество колбасных изделий с разным влагосо-держанием //Теоретические и практические аспекты управления технологиями пищевых продуктов в условиях усиления международной конкуренции «17-ая Международная научно-практическая конференция, посвященная памяти Василия Матвеевича Горбатова», Москва, 2014. - с.201-203.

7 Семенова A.A.., Туниева Е.К., Адылов Ф.В. К вопросу обеспечения качества и безопасности колбасных изделий, упакованных в модифицированной газовой среде //Мясная индустрия №1, 2015. — с.9-13.

Тираж экз. 100 заказ №82

ФГБНУ «ВНИИМП им В.М. Горбатова 109316 г. Москва, ул. Талалихина д. 26