автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства съедобной коллагеновой пленки для мясных продуктов

На правах рукописи

РЕВУЦКАЯ НАТАЛИЯ МИХАИЛОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СЪЕДОБНОЙ КОЛЛАГЕНОВОЙ ПЛЕНКИ ДЛЯ МЯСНЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

14 ОКТ 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2015

005563277

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 доктор технических наук, профессор

руководитель: Семенова Анастасия Артуровна

Официальные оппоненты:

Титов Евгений Иванович доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», заведующий кафедрой «Технологии и биотехнологии продуктов питания животного происхождения»

Кременевская Марианна Игоревна кандидат технических наук, доцент ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики», доцент кафедры «Технологии мясных, рыбных продуктов и консервирования холодом»

Ведущая ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный

организация: университет»

Защита диссертации состоится «12» ноября 2015 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета ДМ 006.021.01 при ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова» по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, д. 26, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова» и на сайте www.vniimp.ru.

Автореферат разослан « » 2015 г.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах), заверенный печатью, присылать по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, 26.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, с.н.с.

А.Н.Захаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С увеличением на рынке доли упакованных продуктов актуальность исследований в области создания и использования биодеградируемых полимерных материалов, не требующих затрат на их последующую утилизацию, постоянно возрастает.

Для мясной промышленности одним из наиболее перспективных направлений в решении этой проблемы является применение съедобных коллагеновых пленок предназначенных для формования и упаковки мясного сырья при изготовлении копчено-вареных, запеченных, копчено-запеченных и других видов продуктов из мяса. Это обусловлено, с одной стороны, эффективностью их применения как технологического средства, позволяющего сократить потери массы продукта при тепловой обработке, обеспечить хорошие органолептические характеристики продукции, такие как консистенция, вкус, аромат, внешний вид, создать поверхностный слой, способствующий более длительному сохранению качества готового продукта. С другой стороны, получение и использование пищевого коллагена является одной из важнейших задач глубокой переработки побочного сырья, получаемого при убое сельскохозяйственных животных.

Исследованиям в области переработки побочного коллагенсодержа-щего сырья и создания съедобных материалов для мясных продуктов были посвящены труды многих ученых — JI.B. Антиповой, И.А. Рогова, А.И. Жаринова, А.Г. Розанцева, О.О. Баблояна, В.Е. Куцаковой и др. Однако, несмотря на огромный вклад отечественной науки в фундаментальные основы теории и практики переработки коллагенсодержащего сырья, до настоящего времени в России существуют лишь единичные предприятия по выпуску такого упаковочного материала, в основном, использующие зарубежные технологии, а в некоторых случаях и импортное сырье.

За последние десятилетия производство упаковочных материалов на искусственной полимерной основе стремительно развивалось и продолжает развиваться в направлении создания упаковки с новыми свойствами, позволяющими придать пищевым продуктам дополнительные антиокислительные, антибактериальные и другие потребительские свойства, среди которых важнейшее значение по-прежнему имеет обеспечение дополнительной стойкости продукта к процессам микробиологической порчи и увеличение сроков его годности. Напротив, в области природных полимеров, каким является коллаген, таких исследований проводилось очень мало. Сегодня, когда вопросы экологической безопасности производства и упаковки продуктов питания приобретают всё более важное значение, исследование, направленное на совершенствование технологии и расширение потребительских свойств коллагеновых пленок за счет введения специально подобранных натуральных экстрактов пряностей является актуальным.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы являлось совершенствование технологии производства пищевой коллагеновой пленки и модификация ее защитных свойств путем введения С02-экстрактов пряностей, обладающих антимикробным и антиокислительным действиями.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- провести сравнительные исследования качества отечественного коллагенсодержащего сырья и влияния органических кислот на свойства получаемых из него коллагеновых растворов и пленок;

- на основе анализа информационных источников определить перспективный перечень С02-экстрактов пряностей для возможного использования в составе съедобных коллагеновых покрытий;

- исследовать влияние различных концентраций С02-экстрактов пряностей на структурно-механические, физико-химические, микроструктурные и органолептические показатели формуемой коллагеновой массы и полученных модельных коллагеновых пленок;

- выработать мясные продукты в коллагеновой пленке с С02-экстрактами пряностей и провести исследования по показателям безопасности, а также по физико-химическим, структурно-механическим и орга-нолептическим показателям копчено-вареных продуктов из мяса;

- по результатам исследований обосновать сроки годности мясных продуктов в коллагеновой пленке, модифицированной С02-экстрактами пряностей и разработать техническую документацию на производство нового ассортимента коллагеновых пленок.

Научная новизна. Установлены функциональные зависимости изменения вязкости и pH коллагеновых растворов, получаемых в процессе набухания и растворения спилка КРС в присутствии органических кислот. Получены новые данные о влиянии введения молочной кислоты на структурно-механические и физико-химические характеристики коллагеновой пленки.

Выявлены закономерности формирования свойств коллагеновых растворов и пленок в присутствии до 15% С02-экстрактов пряностей. Изучены морфометрические и тинкториальные характеристики микроструктуры коллагеновых пленок при введении С02-экстрактов пряностей. Получены зависимости интенсивности аромата коллагеновой пленки от концентрации вводимого экстракта для расчета рецептур коллагеновых растворов. Обоснованы эффективные концентрации введения С02-экстрактов пряностей при изготовлении модифицированных пленочных материалов. Изучена антимикробная активность коллагеновых пленок в отношении E.coli, листерий и сальмонелл.

Получены новые данные по стабильности показателей окислительной порчи, органолептических характеристик (аромата) и микробиологических показателей, в том числе гигиенического состояния поверхности,

копчено-вареных продуктов из мяса в хранении при использовании кол-лагеновой пленки с С02-экстрактом мускатного ореха.

Доказан повышенный уровень канцерогенной безопасности копчено-вареных продуктов из мяса, изготовленных с применением коллагено-вой пленки.

Практическая значимость работы. Разработана усовершенствованная технология получения коллагеновой пленки, модифицированной С02-экстрактами пряностей. Установлена возможность увеличения срока годности копчено-вареных продуктов в 2 раза за счет применения коллагеновой пленки с антимикробными свойствами.

Дана оценка экономической эффективности производства копчено-вареных мясных продуктов из мяса в коллагеновой пленке.

По результатам научных исследований разработан технологический регламент на усовершенствованный процесс производства съедобной коллагеновой пленки для мясных продуктов, система показателей и методов производственного контроля при изготовлении отечественной пленки «Беккдорин».

Апробация работы. Основные материалы исследования были представлены на: Конференции-конкурсе научно-инновац. работ молодых ученых и специалистов Отд. хранения и переработки с.-х. продукции Россельхозакадемии, Москва, 2010; Всеросс. научно-практич. конференции «Актуальные проблемы в области создания инновационных технологий хранения сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов», Углич, 2011; 9-й Междунар. научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения», МГУПП, Москва, 2011; Междунар. научно-практич. конференциях памяти В.М. Горбатова, Москва, ВНИИМП; 6-й Конференции молодых ученых и специалистов институтов Отд. хранения и переработки с.-х. продукции «Фундаментальные основы и передовые технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности», г. Видное, 2012; Междунар. научно-практич. конференции «Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях», Волгоград, 2012; 8-ой Междунар. конференции молодых ученых и специалистов "Фундаментальные и прикладные исследования по безопасности и качеству пищевых продуктов", г. Видное, 2014; VIII Международ, научно-практич. конференции «Качество и безопасность производства продукции из мяса птицы и яиц» ВНИИПП, г. Ржавки, 2014.

Результаты работы были удостоены Золотой медали на конкурсе Российской агропромышленной выставки «Золотая осень - 2012»; III места в конкурсе за лучшую научно-инновационную работу в рамках VI конференции молодых ученых и специалистов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии, г. Видное, 2012.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 5 в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент № 2554448 от 28.05.2015 г. «Пищевая коллагеновая пленка антимикробного действия».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части с обсуждением результатов исследований, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 10 таблиц, 20 рисунков и 4 приложения. Список литературы включает 181 источник, в том числе 135 работ отечественных и 46 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснованы актуальность темы диссертационной работы, научная новизна, практическая значимость работы, апробация результатов.

Глава 1. Обзор литературы. Приведен аналитический обзор научно-технической и патентной литературы, в которой проанализированы основные процессы комплексной переработки коллагенсодержащего сырья. Рассмотрены литературные данные о структуре коллагена и основных направлениях создания пленочных покрытий и белковых препаратов различного назначения. Представлены основные направления создания активных упаковочных материалов, оказывающих воздействие на протекание биохимических и микробиологических процессов при хранении упакованных продуктов питания. Анализ публикаций позволил определить цель и сформулировать задачи исследования.

Глава 2. Экспериментальная часть, объекты и методы исследования. Объектами экспериментальных исследований являлись спилки шкур крупного рогатого скота, коллагеновые растворы, композиционные составы, С02-экстракты пряностей (душистого перца, гвоздики, мускатного ореха), коллагеновые пленки, копчено-вареные мясные продукты.

Проведение исследований осуществлялось в несколько этапов в соответствии со схемой, представленной на рисунке 1. Применяли следующие методы исследований: (1) - массовая доля влаги - по ГОСТ Р 51479-99; (2) - массовая доля белка - по ГОСТ 25011-81; (3) массовая доля золы - по ГОСТ 31727-2012; (4) массовая доля оксипролина -по ГОСТ 23041-78; (5) — вязкость — на вискозиметре «Реотест-2»; (6) -сенсорная оценка на приборе «УОСтеЮ) («Электронный нос»); (7) - па-ропроницаемость - по ГОСТ 21472-81; (8) — структурно-механические характеристики — по ГОСТ 14236-81; (9) - температура сваривания; (10) -антимикробная активность; (11) - микроструктурные исследования колла-геновых пленок - по ГОСТ Р 52480-2005; (12) - показатель рН портативным рН-метром "Замер" (модель 2696); (13) - толщина коллагеновых пленок с помощью микрометра; (14) - потери массы и выход готовой продукции весовым методом; (15) - органолептическая оценка по

ГОСТ 9959-91; (16) - микробиологические показатели: КМАФАнМ (КОЕ/г) по ГОСТ 10444.15-94; бактерии группы кишечных палочек (БГКП) (колиформы E.coli) по ГОСТ 31747-2012; патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы по ГОСТ 31659-2012; дрожжи и плесневые грибы - по ГОСТ 10444.12-2013; (17) - кислотное число (КЧ) - по ГОСТ Р 55480-2013; (18) - перекисное число (ПЧ) - по ГОСТ 54346-2011; (19) - количественное содержание полициклических ароматических углеводов (ПАУ) методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ); (20) - экономическая эффективность согласно «Методическими указаниями по учёту затрат и калькулированию себестоимости мяса и мясных продуктов» (М., ВНИИМП, 2010).

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

На первом этапе работы были проведены сравнительные исследования качества отечественного спилка шкур крупного рогатого скота (КРС), а также оценено влияние введения органических кислот (молочной и

уксусной) при растворении коллагена на реологические, физико-химические и структурно-механические свойства получаемых из него коллагеновых растворов и пленок.

На втором этапе была изучена возможность введения С02-экстрактов пряностей и их влияние на физико-химические, микроструктурные и ор-ганолептические свойства коллагеновых растворов. На основе анализа информационных источников был определен перспективный перечень СОг-экстрактов пряностей для возможного использования в составе съедобных покрытий на основе коллагена.

На третьем этапе были проведены сравнительные исследования коллагеновых пленок, изготовленных без и с С02-экстрактами пряностей, по механическим, физико-химическим, органолептическим свойствам и антимикробной активности.

На четвертом этапе исследований была проведена выработка опытных образцов копчено-вареных мясных продуктов с использованием коллагеновых пленок с С02-экстрактом мускатного ореха, выбранного по результатам выполнения предшествующего этапа исследований.

На заключительном этапе исследований в процессе хранения образцов копчено-вареных продуктов из свинины были исследованы показатели их качества и безопасности и доказана целесообразность введения С02-экстрактов пряностей с целью придания новых технологических характеристик коллагеновым пленкам, а также установлены сроки годности продуктов из свинины, изготовленных с применением усовершенствованной коллагеновой пленки.

Глава 3. Результаты сравнительных исследований отечественного спилка шкур КРС. Физико-химические исследования отечественных образцов спилков, показали, что отечественное сырье полностью отвечало требованиям к качеству, приведенным в спецификациях на импортные поставки (табл.1). Массовая доля влаги в отечественном сырье была на 1,75-2,15% ниже, а золы - на 0,59-0,64% ниже, чем в спецификациях зарубежных поставщиков. По содержанию белка отечественное сырье также соответствовало требованиям спецификаций. Содержание коллагена в них, установленное по массовой доле оксипролина (коэффициент пересчета 5,62), составляло 66,22-66,41% от общего содержания белка.

Изучение характеристик пленок, полученных из отечественного сырья, в сравнении с пленкой импортного производства (табл. 2), показало, что коллагеновые растворы из отечественного сырья хорошо образовывали пленки, которые по толщине незначительно отличались от импортного образца. По физико-химическим характеристикам пленки несколько уступали импортному образцу: паропроницаемость пленок из отечественного сырья была выше на 10,4% и 3,6%, (№ 1 и № 2); а температура сваривания - ниже на 6 °С. При более высоких значениях разрывного усилия, характеризовавшего прочность, пленки из отечественного сырья уступали

импортному образцу по способности к удлинению при растяжении (эластичности).

Таблица 1 — Физико-химические показатели образцов спилка шкур КРС

Наименование показателя Норма для спилка, поступающего по импорту* Значение показателя для образцов отечественного сырья

№1 №2

Массовая доля влаги, % не более 77,0 75,25±2,23 74,85±2,22

Массовая доля коллагена, % - 15,33±0,46 15,70±0,48

Массовая доля белка, % не менее 23,0 23,15±0,70 23,64±0,71

Массовая доля золы, % не более 1,0 0,36±0,011 0,41 ±0,011

*- согласно спецификациям зарубежных предприятий-поставщиков.

Таблица 2 - Результаты сравнительного исследования образцов пленок

Наименование показателя Значения показателя для коллагеновой пленки

импортного производства из образца отечественного спилка №1 из образца отечественного спилка №2

Паропроницаемость, г/м2, за 24 ч 892±30 985±30 924±28

Температура сваривания, °С 52-53 46-47 46-47

рН водной вытяжки 3,58±0,05 3,97±0,03 3,92±0,04

Толщина, мм 0,0425±0,0005 0,0455±0,0005 0,0445±0,0005

Разрывное усилие, МПа 12,5±0,3 13,1±0,1 12,9±0,2

Удлинение при растяжении, % 14,0±1,0 10,0±1,0 10,0±1,0

В целях получения продукции из спилка более высокого качества была проведена работа по совершенствованию отечественной технологии производства коллагеновых пленок, в частности, по подбору оптимальных условий для проведения процессов набухания и растворения колла-генового полуфабриката, получаемого при переработке спилка КРС.

В ходе эксперимента использовали уксусную кислоту в растворах от 0,5-молярного до 1,0 молярного, а также смесь 0,5-молярного раствора молочной кислоты и 0,5-молярного раствора уксусной кислоты, взятых в различных соотношениях. Изменение концентрации уксусной кислоты и изменение соотношения молочной и уксусной кислот были подобраны так, чтобы получить коллагеновые растворы с рН от 2,8 до 3,4. В полученных при этих условиях коллагеновых растворах определяли вязкость (рис. 2).

и

у = 1,0821х + 54,754 1?'= 0,9307

3;НЗКОС1Ь эагьороь, полученныхс /ксуоой к-той

Зя}коспь эасбороб, полученныхсо смесью кис/от

у= -165х* + 1550Х1 • 4808,6х - 4974.6 К1 = 0,9899

40

2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Значение рН коллагенового раствора

Рисунок 2 - Характер изменения вязкости коллагеновых растворов в зависимости от их значения рН при использовании уксусной кислоты и смеси молочной и уксусной кислот При соотношении молочной и уксусной кислот 1:6, полученный кол-лагеновый раствор по значению рН и вязкости практически не отличался от аналогичного раствора при использовании 0,5-молярной уксусной кислоты. А при добавлении смеси двух органических кислот, взятых в соотношении 1:1, вязкость раствора коллагена снижалась 29,6% (при таком же уровне рН как для коллагенового раствора, полученного при добавлении 1,0-молярной уксусной кислоты).

Статистическая обработка данных по изменению рН и вязкости коллагеновых растворов при использовании смеси подкислителей показала иной характер взаимосвязи этих показателей. При использовании молочной и уксусной кислот изменение вязкости от рН коллагеновых растворов описывалось полиномом 3-й степени (достоверность апроксимации Я2=0,9899). Анализ полученной функциональной зависимости свидетельствовал о том, что рассмотрение более широкого диапазона соотношений объемных долей уксусной и молочной кислот нецелесообразно. В связи с этим, для экспериментальных исследований были выбраны соотношения 0,5-молярных растворов молочной и уксусной кислот - 1:6, 1:3 и 1:1.

При соотношении 1:6, 1:3 и 1:1 значение рН получаемых коллагеновых растворов было равным 3,29, 3,12 и 2,85, соответственно. Максимальная вязкость была у контрольного образца коллагенового раствора, обработанного с использованием только уксусной кислоты (рН = 3,45). Наиболее приближен по значению вязкости к контрольному образцу был опытный образец, для получения которого использовали обработку молочной и уксусной кислотами в соотношении 1:6.

Результаты исследования вязкости коллагеновых растворов (из образца спилка КРС № 1), полученные с введением указанных выше соотношений органических кислот (рис. 3) показали, что максимальная вязкость была у контрольного образца раствора, обработанного с использованием только уксусной кислоты. Наиболее приближен по значению вязкости к контрольному образцу был опытный образец, для получения которого использовали обработку молочной и уксусной кислотами в соотношении 1:6.

0,5 молярная смесь уксусной смесь уксусной смесь уксусной уксусная и молочной и молочной и молочной кислота кислот (1:6) кислот (1:3) кислот (1:1)

Рисунок 3 - Влияние органических кислот на вязкость коллагеновых растворов В ходе структурно-механических испытаний было установлено, что растворы, полученные с использованием в качестве растворителя уксусной кислоты и обладавшие более высокой вязкостью, образовывали пленки с высокой прочностью (разрушающее напряжение при растяжении -11,1 МПа), но с низкой способностью к растяжению (относительное удлинение при растяжении - 8,2%) (рис. 4 и 5).

14

0,5 молярная смесь уксусной смесь уксусной смесь уксусной уксусная и молочной и молочной и молочной

кислота кислот (1:6) кислот (1:3) кислот (1:1)

Рисунок 4 - Влияние органических кислот на прочность коллагеновых пленок

0,5 молярная смесь уксусной смесь уксусной смесь уксусной уксусная и молочной и молочной и молочной кислота кислот (1:6) кислот (13) кислот (1:1)

Рисунок 5 - Влияние органических кислот на растяжение коллагеновых пленок

Использование смеси двух органических кислот при получении коллагеновых растворов положительно отразилось на растяжимости пленок. Относительное удлинение при растяжении у всех опытных образцов было выше, чем у контрольного: в 1,6, 2,0 и 2,4 раза, соответственно, для образцов пленок, полученных при соотношении молочной и уксусной кислот 1:6, 1:3 и 1:1. Применение смеси органических кислот также повлияло и на физические характеристики коллагеновых пленок (табл. 3).

Таблица 3 - Влияние органических кислот, используемых при получении коллагеновых растворов, на физические характеристики пленок

Кислоты Паропроницаемость, г/м2, за 24 ч Температура сваривания, °С

0,5-молярная уксусная кислота 985±30 50-52

Смесь кислот (1:6) 843±25 53-54

Смесь кислот (1:3) 872±25 52-53

Смесь кислот (1:1) 935±27 48-49

Анализ данных реологических, структурно-механических и физических характеристик показал, что даже при минимальном уровне введения молочной кислоты (1:6) и изменении вязкости в пределах 1,5%, достигалось значительное улучшение структурно-механических характеристик коллагеновой пленки. Изменение вязкости раствора коллагена на 30%, достигнутое при соотношении кислот 1:1, привело к чрезмерному снижению прочности пленки и появлению ее липкости, которая была обусловлена, очевидно, тем, что часть молочной кислоты оказывалась в несвязанном состоянии в пространстве между молекулами коллагена, не присоединенной силами межмолекулярного взаимодействия в процессе формирования пленки.

Растворение коллагена в смеси кислот в соотношении 1:3 и снижение вязкости коллагенового раствора на 17% положительно отразились на дальнейшем процессе формования раствора в коллагеновую пленку и позволили достичь ее оптимальных характеристик на уровне аналога импортного производства. Поэтому для дальнейшей работы был выбран коллагеновый раствор, полученный путем растворения в смеси 0,5 М молочной и уксусной кислот в соотношении 1:3.

На следующем этапе в коллагеновый раствор, вводили глиоксаль в количестве 5% от массы коллагена, глицерин в количестве 30 % от массы коллагена и С02-экстракты пряностей (гвоздика, душистый перец, мускатный орех) в количестве 5, 10 и 15% от массы коллагена. Для оценки возможности введения С02-экстрактов в коллагеновые растворы было изучено их влияние на стабильность значений рН и вязкости растворов. Контрольным образцом являлся коллагеновый раствор без добавления С02-экстрактов пряностей.

При введении 5% С02-экстрактов снижение величины рН составило не более, чем 0,04 для душистого перца и гвоздики и не более 0,07 — для мускатного ореха Введение С02-экстрактов до 15% также не вызывало существенных изменений рН коллагенового раствора - не более, чем на 0,11 (шах - для мускатного ореха).

Введение от 5% до 15% С02-экстрактов приводило к снижению вязкости коллагенового раствора от 2,0 до 4,7%. Причем экстракты душистого перца и мускатного ореха влияли на снижение вязкости в минимальной степени (рис. 6).

Рисунок 6 - Влияние различных концентраций С02-экстрактов пряностей на изменение вязкости коллагеновых растворов

На основании полученных данных было отмечено, что введение С02-экстрактов практически не приводило к изменению рН и вязкости коллагеновых растворов, однако способствовало незначительному изменению прочностных характеристик пленок (табл. 4).

Таблица 4 - Результаты физических и структурно-механических испытаний образцов коллагеновых пленок с С02-экстрактами пряностей

Образец Паропрони-цаемость, г/м2 за 24 ч Температура сваривания, °С Разрывное усилие, МПа Удлинение при растяжении, %

Контроль (без экстрактов) 872±26 52-53 12,0±0,68 16,6±1,21

5% душистого перца 870±28 52-53 12,2±0,59 16,8±1,13

10% душистого перца 873±30 52-53 12,3±0,66 17,2±1,61

15% душистого перца 872±24 52-53 12,9±0,74 17,4±1,52

5% гвоздики 875±32 52-53 12,1±0,68 16,9±0,96

10% гвоздики 873±30 52-53 12,3±0,55 17,0±1,37

15% гвоздики 870±32 52-53 13,0±0,78 17,5±1,54

5% мускатного ореха 876±34 52-53 12,4±0,34 17,1±0,93

10% мускатного ореха 873±32 52-53 12,8±0,76 17,6±1,98

15% мускатного ореха 874±31 52-53 13,4±0,72 17,7±1,42

Относительно контрольного образца у опытных образцов пленок с максимальным уровнем введения экстракта душистого перца прочность выросла в целом на 7,5%, гвоздики — на 8,3%, мускатного ореха — на 11,7%. Аналогичная тенденция наблюдалась и в формировании лучшей эластичности коллагеновых пленок, изготовленных с добавлением 15% экстрактов: удлинение при растяжении возросло на 4,3% (душистый перец), на 4,8% (гвоздика), на 5,9% (мускатный орех).

В связи с тем, что введение С02-экстрактов привело к некоторому улучшению прочности и эластичности коллагеновых пленок, представляло интерес изучения особенностей микроструктуры контрольного и опытных образцов. При окраске гематоксилином и эозином образцы приобретали сине-фиолетовый цвет, интенсивность которого в местах наибольшей плотности белковых веществ возрастала (рис. 7). В опытных образцах пленок, содержащих СОг—экстракты различных пряностей, при окрашивании жировым красным О выявлялись отдельные участки округлой формы — «маслянистые капли», равномерно распределенные по всему объему образцов, и ассоциированные с основной коллагеновой массой.

а) б)

Рисунок 7 - Микроструктура коллагеновой пленки: а) контрольного образца, б) опытного образца с С02-экстрактом мускатного ореха (об. 40х).

Средний диаметр «капель» экстракта гвоздики составлял 3,690± 1,659 мкм, экстракта душистого перца - 3,410±1,485 мкм, экстракта мускатного ореха — 2,990±1,265 мкм. Эти вещества располагались, в основном, в виде отдельных более крупных «капель» и в виде мелких «капель» («туманности»), При этом в структуре коллагеновой пленки с С02-экстрактом мускатного ореха размер этих включений был на 19 % меньше, чем средний размер «капель» в образцах пленки с С02-экстрактом гвоздики и на 12% меньше, чем средний размер «капель» в образцах пленки с С02-экстрактом душистого перца. Кроме того образцы пленок с экстрактом мускатного ореха характеризовались более выраженным и равномерным распределением в коллагеновой массе мельчайших «капель» в виде «туманности».

При инструментальном определении аромата пленок с помощью мультисенсорной системы «электронный нос» было отмечено, что наиболее интенсивным запахом независимо от вводимой концентрации обладали коллагеновые пленки с С02-экстрактом мускатного ореха, наименьшим — душистого перца (рис. 8).

Интенсивность аромата в пленках с экстрактами гвоздики и мускатного ореха при увеличении концентрации экстракта до 15% резко возрастала, что свидетельствовало о снижении удержания ароматических веществ в массе коллагена. Напротив, при концентрации 15% экстракт душистого перца не давал резкого возрастания интенсивности аромата пленочного материала.

Детальное изучение показаний наносенсоров МГМ4 (рис. 9) позволило сделать вывод о том, что с изменением концентрации экстракта изменялась не только интенсивность аромата, но и профиль аромата («визуальный отпечаток»).

2000

1800

1600

» 1400 о

^ 1200 <л

| 1000

| 800 с

С 600 400 200 0

5 10 15

Концентрация экстракта, % к массе с.в.

у = 0,9971х3- 15,301х2 + 134,6х + 10

у = 0,9662х3- 12,821х2 + 90,797х + 10 ^=1

-Душистый перец

— Гвоздика

Мускатный орех

-4,5418х2+49,361х + 10 ^ = 1

у = 0,1653х3

Рисунок 8 - Интенсивность аромата коллагеновой пленки в зависимости от концентрации С02-экстракта

а)

150000 100'

М1

М4

15% Мускатный орех

15%Душистый перец

15% Гвоздика

б)

Рисунок 9 - Площади «визуальных отпечатков» аромата коллагеновых пленок, содержащих экстракты в количестве: а) 5%, б) 15%

Увеличение концентрации каждого из С02-экстракта приводило к возрастанию интенсивности его аромата, однако это возрастание наиболее активно проходило за счет летучих веществ, улавливаемых, главным образом, сенсорами М! и М4. Этот факт позволил предположить, что разные группы химических соединений, входящих в состав экстрактов удерживались коллагеновой массой по-разному.

Также были получены данные сохранения аромата коллагеновых пленок в процессе хранения при температуре воздуха 18-22 °С и без применения каких-либо упаковочных средств (табл. 5).

Таблица 5 - Результаты по продолжительному хранению пленок _на открытом воздухе_

Образцы пленок с введением Интенсивность аром значению, на пе ата, % к исходному риод хранения

15 суток 30 суток

5% душистого перца 59,4±1,78 18,4±0,55

10% душистого перца 59,6±1,79 22,1±0,66

15% душистого перца 49,4± 1,48 18,9±0,57

5% гвоздики 55,0±1,65 16,1±0,48

10% гвоздики 29,9±0,90 9,5±0,29

15% гвоздики 13,6±0,41 3,9±0,12

5% мускатного ореха 50,0±1,50 17,9±0,54

10% мускатного ореха 32,3±0,97 18,5±0,56

15% мускатного ореха 30,1 ±0,91 12,7±0,38

Наиболее устойчивыми в хранении были сенсорные характеристики пленок с добавлением экстракта душистого перца. На 30-е сутки наибольшее снижение интенсивности аромата было установлено в образцах, содержащих экстракт гвоздики. При этом, остаточная интенсивность аромата образцов пленок с душистым перцем практически сравнялась с интенсивностью аромата пленок с экстрактом мускатного ореха. С увеличением концентрации С02—экстрактов в коллагеновых пленках потери ароматических свойств возрастали, что было объяснено снижением способности к удержанию летучих веществ коллагеном.

Результаты исследования антимикробной активности коллагеновых пленок с С02-экстрактами пряностей (табл. 6), показали, что действие С02-экстракта душистого перца проявилось по отношению к L. monocytogenes только при концентрации 15%, и зона задержки роста составила около 1 мм. Антимикробное действие на L. monocytogenes было отмечено у пленок с С02-экстрактами гвоздики только при концентрации экстрактов 10% и 15% к массе сухого коллагена. Зоны задержки роста вокруг пленок составляли 1-2 мм. Пленки с С02-экстрактом мускатного ореха обладали антимикробной активностью при всех исследованных

концентрациях данного экстракта, в особенности в отношении ограничения роста листерий и Е. coli.

На основании комплекса проведенных исследований для продолжения выполнения дальнейшей работы были выбраны коллагеновые пленки с С02-экстрактом мускатного ореха с уровнем его введения 10% к массе сухих веществ коллагена.

Таблица 6 - Результаты исследования антимикробной активности _коллагеновых пленок с С02-экстрактами пряностей_

Образцы пленок с введением Зона задержки роста, мм

S. interica sv typhimurium L.monocytogenes E.coli

5% душистого перца н/о н/о н/о

10% душистого перца н/о н/о н/о

15% душистого перца н/о 1 н/о

5% гвоздики н/о н/о н/о

10% гвоздики н/о 1 н/о

15% гвоздики н/о 2 н/о

5% мускатного ореха н/о 1 1

10% мускатного ореха 1 2 2

15% мускатного ореха 2 2 2

Апробацию усовершенствованной коллагеновой пленки проводили при изготовлении копчено-вареной шейки с целью подтверждения технологических характеристик усовершенствованной коллагеновой пленки, а также оценки ее влияния на показатели качества и безопасности готовых мясных продуктов.

Проведены исследования, которые позволили изучить возможность использования коллагеновой пленки с С02-экстрактом мускатного ореха для защиты мясной продукции от проникновения ПАУ при копчении, поэтому были определены значения массовой доли каждого ПАУ, их суммарное содержание и общая канцерогенность (табл. 7).

Содержание дибензо[я,/]пирена за счет применения коллагеновой пленки было в опытных образцах ниже в 1,8-3,0 раза, дибенз[я,/]пирена -в 1,3-1,7 раз, дибенз[а,/г]пирена - в 1,2-1,8 раз, чем в контрольном образце. По ПАУ с фактором токсичности, равном единице, были зафиксированы следующие снижения содержания: 5-метилхризен — в 2,1-2,6 раза, бенз[а]пирен-в 1,4-1,9 раз, дибенз[а,//]антрацен-в 1,1-2,3 раза.

Таблица 7- Содержание ПАУ в образцах копчено-вареной шейки

Наименование ПАУ Значение фактора токсичной эквивалентности* Содержание ПАУ в образцах, мкг/кг

Контроль № 1 №2

Циклопента[с, с^ пирен 0 3,61 5,55 2,21

Бенз[а]антрацен 0,1 2,32 3,75 1,36

Хризен 0,01 3,71 5,30 1,90

5-метилхризен 1 1,13 2,33 0,89

Бею и ] флуорантен 0,1 0,16 0,35 0,11

Бенз [6] флуорантен 0,1 0,64 1,05 0,55

Бенз[А]флуорантен 0,1 0,21 0,30 0,14

Бенз[а]пирен 1 0,39 0,53 0,28

Дибензо [а, /] пирен 10 0,05 0,09 0,03

Дибенз [а, А]антрацен 1 0,48 0,54 0,24

Бенз И, /] перилен 0 0,19 0,25 0,1

Инден[1,2,3-с,с/]пирен 0,1 0,40 0,51 0,31

Дибенз[я,е]пирен 0 1,23 1,83 1,03

Дибенз [а,/] пирен 10 0,15 0,19 0,11

Дибенз [а, И\ пирен 10 0,34 0,40 0,22

Всего ПАУ 15,01 5,55 9,48

Суммарная канцерогенность 10,85 5,28 7,81

* - по данным Калифорнийского управления оценки экологической опасности для здоровья (ОЕННА)

Суммарная канцерогенность в результате применения коллагено-вой пленки в опытных образцах была снижена в 1,4-2,0 раза.

Результаты микробиологических исследований образцов копчено-вареной шейки в процессе хранения показали, что контрольный образец (без коллагеновой пленки), соответствовал гигиеническим нормативам по содержанию микроорганизмов на 5-е и 10-е сутки. Однако на 15 сутки значение КМАФАнМ в контрольном образце превысило установленную норму и составило З*103 КОЕ/г. При этом на поверхности контрольного образца с 10-х суток наблюдался рост дрожжей и плесеней (табл. 8).

Таблица 8 - Результаты микробиологических показателей образцов

копчено-вареной шейки в процессе хранения

Образец Период хранения КМАФАнМ (КОЕ/г) Результаты исследований поверхности продукта

Норма*, не более Фактическое значение Плесневые грибы, КОЕ/ЮОсм2 Дрожжи, КОЕ/ЮОсм2

Контроль Фон 1*103 <1*10' отс.** отс.

№ 1 <1*10' отс. отс.

№2 <1*10' отс. отс.

Контроль 5-е сутки <1*10' отс. отс.

№ 1 <1*10' отс. отс.

№2 <1*10' отс. отс.

Контроль 10-е сутки <3*102 3 2

№ 1 <2*102 отс. отс.

№2 <1*10' отс. отс.

Контроль 15-е сутки <з*ю3 8 5

№ 1 <3*102 3 1

№2 <2*10' отс. отс.

* норма содержания в глубоких слоях ** отс. - отсутствовали

Образец № 1 соответствовал нормативу по КМАФАнМ в течение всего периода хранения. Но на поверхности рост дрожжей и плесеней был отмечен на 15-е сутки хранения.

Образец № 2, изготовленный в коллагеновой пленке по усовершенствованной технологии, на 15 сутки хранения имел минимальное значение КМАФАнМ (2*101 КОЕ/г) на 1 порядок ниже, чем в образце № 1 и на 2 порядка ниже, чем в контрольном образце. При этом в течение 15 суток хранения на поверхности образца № 2 не были обнаружены дрожжи и плесени.

Результаты перекисного числа (ПЧ) для опытных образцов копчено-вареной шейки в покрытии были ниже, чем в контрольных образцах. Причем в образцах продукта в коллагеновых пленках с С02-экстрактом мускатного ореха, показатели ПЧ были минимальными по сравнению с другими образцами (рис. 10).

к

7,8 7,3 6,8 6,3 5,8 5,3 4,8 4,3

— Контроль -■—Опыт 1

■ Опыт 2

фон 5 10 15

Продолжительность хранения, сутки

Рисунок 10 - Изменение ПЧ образцов копчено-вареной шейки

в процессе хранения Значение ПЧ в контрольном образце по окончании хранения возросли в 1,7 раза, тогда в образце № 1 - в 1,3, а в образце № 2 - в 1,2 раза.

Чтобы изучить эффективность полученных коллагеновых пленок в отношении защиты продукта от потери массы в результате влагообмена с окружающей средой, образцы продукта хранили при температуре 2-6 °С в условиях бытового холодильника и без применения дополнительных упаковочных средств (рис. 11).

□ Контроль

□ Опыт№1 а Опыт №2

5 с ут

10 с>т

15 сут

Рисунок 11 - Усушка образцов копчено-вареной шейки в процессе хранения

В процессе хранения наиболее интенсивно терял массу контрольный образец. На 5-е, 10-е и 15-е сутки хранения потери массы продуктов в результате усушки составили, соответственно, 14,6%, 22,5% и 29,7% к исходной массе. В опытных образцах № 1 и № 2 усушка продукта

протекала в среднем в 1,6 и 1,7 раза, соответственно, медленнее, чем в контрольном образце. На 15-е сутки хранения потери массы составили 19,4% и 18,9% соответственно, в образцах № 1 и № 2.

Результаты мультисенсорного анализа копчено-вареной шейки в хранении показали, что на нулевые сутки интенсивность аромата контрольного образца была значительно ниже, чем опытных образцов: площадь мультисенсорного профиля аромата («визуального отпечатка») составляла лишь 29,58* 107 усл. ед. В опытных образцах - 31,39*107 усл.ед. и 36,00*107 усл.ед., соответственно, № 1 и № 2 (рис. 12).

Рисунок 12 - Изменение интенсивности аромата образцов копчено-

вареной шейки в процессе хранения У опытных образцов изменение интенсивности аромата протекало менее выражено. При этом наиболее стабильной интенсивностью аромата обладал образец № 2. На 10-е сутки интенсивность его аромата возросла лишь в 1,08 раза, в то время как в контрольном образце и образце № 1 -в 1,49 и 1,30 раза, соответственно.

Проведенный комплекс исследований по апробации усовершенствованной коллагеновой пленки на примере изготовления копчено -вареной шейки подтвердил ее высокие функционально-технологические характеристики и возможность стабилизации показателей качества продукта в процессе хранения, в том числе в отношении микробиологических показателей, показателей окислительной порчи, влагосодержания и аромата. Кроме этого, полученные результаты позволяют рекомендовать увеличение срока годности копчено-вареных продуктов с 5 суток до 10 суток за счет применения усовершенствованной коллагеновой пленки.

выводы

1. Проведены сравнительные исследования качества отечественного спилка КРС и показана его пригодность для производства коллагено-вых пленок. На примере двух регионов (Тверская и Ярославская области) получены новые данные по химическому составу спилка КРС, получаемого на кожевенных заводах РФ. Исследовано влияние органических кислот на свойства получаемых го отечественного сырья коллагеновых растворов и пленок. Установлено оптимальное соотношение молочной и уксусной кислот для растворения коллагена, позволяющее получать коллагеновые пленки с улучшенными характеристиками по эластичности (в 2 раза), по прочности (на 4,5%), по температуре сваривания (на 2 °С).

2. Для использования в составе съедобных коллагеновых покрытий предложены С02-экстракты душистого перца, гвоздики и мускатного ореха. Экспериментально доказано, что введение С02-экстрактов в количестве до 15% к массе коллагена не оказывало значимого влияния на вязкость (снижение не более чем на 2,2 Па*с) и рН (снижение не более чем на 0,11 ед.) коллагеновых растворов и их способность к пленкообразова-нию.

3. Исследовано влияние различных концентраций С02-экстрактов пряностей на структурно-механические, физико-химические, микроструктурные и сенсорные показатели коллагеновых пленок. На основе анализа полученных результатов обоснован выбор С02-экстракта мускатного ореха и оптимальная концентрация его введения в коллагеновые растворы в количестве 10% к массе коллагена. Микробиологическими исследованиями установлена антимикробная активность коллагеновых пленок с С02-экстрактом мускатного ореха в отношении Е.соИ, листерий и сальмонелл.

4. Проведена выработка и комплексные исследований качества и безопасности копчено-вареных продуктов в усовершенствованной колла-геновой пленке. Установлено, что применение коллагеновых пленок обеспечивает повышение выхода готовой продукции на 12% и снижает усушку при хранении в течение 15 суток на 10,8%.

5. Доказана возможность стабилизации показателей окислительной порчи, органолептических характеристик (аромата) и микробиологических показателей, в том числе гигиенического состояния поверхности, копчено-вареных продуктов при хранении за счет применения коллагено-вой пленки с С02-экстрактом мускатного ореха.

6. Исследовано влияние съедобной коллагеновой пленки на накопления ПАУ в копчено-вареных продуктах в результате обработки коптильным дымом. Показано, что применение коллагеновой пленки снижает в 2,7 раза общее содержание ПАУ в готовом продукте и в 2 раза повышают безопасность продуктов по суммарной канцерогенности.

7. Обоснована возможность увеличения срока годности копчено-вареных продуктов в 2 раза и получения дополнительной экономической

прибыли в размере 2,35 тыс. руб. на 1 тонну (в ценах 2015 г.) за счет применения коллагеновой пленки с улучшенными характеристиками. По результатам исследований разработана техническая документация на усовершенствованный процесс производства съедобной коллагеновой пленки для мясных продуктов.

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Ревуцкая, Н.М. Использование коллагеновой пленки при производстве мясных продуктов / Н.М. Ревуцкая // 9-я Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения». Сборник материалов конференции. — Москва: МГУПП, 2011. - С. 87-89.

2. Насонова, В.В. Коллагеновая пленка формирует высокие потребительские свойства мясных продуктов / В.В. Насонова, П.М. Голованова, Н.М. Ревуцкая, В.Ю. Смурыгин//Все о мясе-2012. - № 1.-С. 13-16.

3. Насонова, В.В. Коллагеновая пленка для мясных продуктов -экологически безопасный вид упаковки / В.В. Насонова, П.М. Голованова, Н.М. Ревуцкая // Материалы международной научно-практической конференции «Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях». - Ч. 2. - Волгоград, 2012.-С. 35-38.

4. Ревуцкая, Н.М. Съедобные покрытия из коллагена улучшают качество мясных продуктов / Н.М. Ревуцкая // Сборник научных трудов 6-й конференции молодых ученых и специалистов институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозака-демии. Фундаментальные основы и передовые технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности. - Видное, 2012. - С. 115-117.

5. Насонова, В.В. Влияние С02-экстрактов на изменение свойств коллагеновой пленки / В.В. Насонова, П.М. Голованова, Н.М. Ревуцкая // 15-ая Международная научная конференция памяти В.М. Горбатова. Мясная промышленность - приоритеты развития и функционирования. Сборник докладов. - Т. 2. - Москва: ВНИИМП, 2012. - С. 10-15.

6. Насонова, В.В. Коллагеновые пленки с С02-экстрактами пряностей / В.В. Насонова, П.М. Голованова, Н.М. Ревуцкая // Пищевая промышленность.—2013. - № 1.-С. 16-18.

7. Насонова, В.В. Антимикробная активность коллагеновых пленок с С02-экстрактами пряностей / В.В. Насонова, П.М. Голованова, Д.С. Ба-таева, Н.М. Ревуцкая // Пищевая промышленность. — 2013. - № 6. - С. 8-9.

8. Семенова, A.A. К вопросу исследования коллагеновых пленок с С02-экстрактами / A.A. Семенова, Т.Г. Кузнецова, В.В. Насонова, П.М. Голованова, Д.С. Батаева, Н.М. Ревуцкая // 16-ая международная научная конференция памяти В.М. Горбатова. Развитие постгеномных технологий при формировании и оценке качества сельскохозяйственного сырья и

готовых пищевых продуктов. Сборник докладов. Москва: ВНИИМП, 2013 г.-С. 147-152.

9. Семенова, A.A. Способность коллагеновых пленок с С02-экстрактами пряностей увеличивать сроки годности мясных продуктов / A.A. Семенова, Н.М. Ревуцкая // Фундаментальные и прикладные исследования по безопасности и качеству пищевых продуктов. Сборник научных трудов 8-й международной конференции молодых ученых и специалистов. - Видное, 2014. - С. 218-221.

10. Семенова, A.A. К вопросу защиты мясной продукции от накопления потенциально опасных ПАУ/ A.A. Семенова, A.B. Куликовский, Н.М. Ревуцкая, А.Н. Иванкин, П.М. Голованова // Все о мясе. — 2014. -№ 2. - С. 46-49.

11. Семенова, A.A. Изучение показателей качества и безопасности мясных продуктов в коллагеновых пленках с С02-экстрактами пряностей / A.A. Семенова, Н.М. Ревуцкая, П.М. Голованова // Качество и безопасность производства продукции из мяса птицы и яиц. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию ВНИИПП. - Ржавки, 2014. - С. 186-191.

12. Лисицын, А.Б. К вопросу использования спилка крупного рогатого скота/ А".Б. Лисицын, A.A. Семенова, Н.М. Ревуцкая, В.Е. Куцакова, М.В. Успенская // Все о мясе. -2014. - № 3. - С. 26-30.

13. Пищевая коллагеновая пленка антимикробного действия: пат. 2554448 Росийская Федерация: МПК (51) А22 С13/00 / А.Б. Лисицын, A.A. Семенова, В.В. Насонова, П.М. Голованова, Н.М. Ревуцкая; заявитель и патентообладатель ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова» № 2013142615/13; заявл. 19.09.2013, опубл. 28.05.2015.-4 с.

Тираж экз. 100 заказ №81

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