[
На правах рукописи
УДК 637.143.6:544.57
БОГУШ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МЯСНЫХ РУБЛЕНЫХ
ПОЛУФАБРИКАТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ СОНОХИМИЧЕСКИХ
ВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ СИСТЕМЫ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ
Специальность – 05.18.15 Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания
АВТОРЕФЕРАТ
ДИССЕРТАЦИИ
на соискание ученой степени кандидата технических наукМосква,
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московском государственном университете технологий и управления имени К.Г. Разумовского (МГУТУ им. К.Г. Разумовского ) доктор технических наук, профессор
Научный руководитель –
КРАСУЛЯ ОЛЬГА НИКОЛАЕВНА
доктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:
БАРАНОВ БОРИС АЛЕКСЕЕВИЧ
кандидат технических наукБЕЛИТОВ ВАДИМ ВИКТОРОВИЧ
ФГБОУ ВПО "Южно-Уральский государственный университет" Ведущая (национальный исследовательский университет) организация:
Защита диссертации состоится 29 ноября в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.122.05 при ФГБОУ ВПО Московском государственном университете технологий и управления имени К. Г. Разумовского по адресу: 109316, Россия, Москва, ул. Талалихина, 31, ауд.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г.
Разумовского. (109004, Россия, Москва, ул. Земляной вал, 73)
Автореферат размещен на сайте ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского.
www.mgutm.ru Автореферат разослан 29 октября 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент КОЗЯРИНА ГАЛИНА ИВАНОВНА
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Применение сонохимических воздействий в технологиях продуктов питания привлекает все возрастающее внимание их производителей. Число публикаций по этой тематике в патентной и научной литературе ежегодно растет.
Ультразвуковая сонохимия - это молодая область знаний, которая официально стала самостоятельной частью химии высоких энергий совсем недавно. Исследования сонохимического явления – кавитационной дезинтеграции, начатые проф. И. Хинтом (Эстония), в настоящее время развиваются по двум направлениям. Первое - основано на гидродинамической кавитации и осуществляется в роторно-импульсных аппаратах; второе базируется на акустической кавитации и осуществляется в проточных ультразвуковых реакторах. В первом из них при больших производительностях процесса в обрабатываемых средах развивается меньшая по величине эрозионная мощность кавитации, а во втором – наоборот.
Разработке первого научного направления посвящены работы Юдаева В.Ф., Промтова М.А; второе научное направление развивают в своих работах Рогов И.А., Шестаков С.Д., Шленская Т.В., Красуля О.Н., Тихомирова Н.А., Хмелев В.Н., М. Ашоккумар (Австралия),T.Maison (Великобритания), J.Suslik (CША) и др.
Связывание воды с пищевыми биополимерами – их гидратация – одна из важнейших проблем пищевой индустрии. Производители мясных и хлебобулочных изделий, например, добавляют к основному сырью, свыше четверти воды по массе. Исключением не является и производство мясных полуфабрикатов в системе общественного питания, в их рецептуру входит от 5% до 20% воды. Новым направлением в производстве рубленых полуфабрикатов в системе общественного питания является использование технологии мокрого посола.
Основы сонохимической теории гидратации белков животного происхождения впервые в России были изложены в работах Рогова И.А., Шестакова С.Д. Шленской Т.В., Красули О.Н. и др. Их исследования проводились в мясной промышленности и были связаны с применением методов сонохимии при производстве вареных колбасных изделий.
В системе общественного питания исследований по этой тематике в доступной литературе не обнаружено. В связи с чем, можно полагать, что проведение исследований по использованию сонохимических воздействий в технологиях общественного питания является актуальным научным направлением.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилась разработка технологии производства мясных рубленых полуфабрикатов с применением сонохимических воздействий для системы общественного питания.
Для реализации цели были решены следующие задачи:
оценить воздействие сонохимической обработки на степень диссоциации пищевых электролитов;
определить режимы работы кавитационного реактора (интенсивность ультразвука, диапазон энергии и производительность), обеспечивающие оптимальное качество обработанных рассолов и, как следствие, мясных рубленых полуфабрикатов;
исследовать влияние гидратации сонохимически обработанного рассола на терморезистентность биологически ценных компонентов, содержащихся в полуфабрикатах из рубленого мяса;
исследовать закономерность процесса связывания сонохимически обработанного рассола с измельченным мясным сырьем, имеющим дефекты автолиза;
разработать рецептуру, технологию и проект нормативной документации по производству мясных рубленых полуфабрикатов с применением сонохимически обработанных рассолов для системы общественного питания;
Научная новизна работы. На основании результатов диссертационных исследований определена величина амплитуды звукового давления в сонохимическом реакторе, ниже которой в обрабатываемых рассолах не образуются перекисные соединения в количествах, способных изменить их перманганатную окисляемость;
Установлен ранее неизвестный факт значимого повышения терморезистентности биологически активных компонентов мясного сырья при его гидратации рассолом, подвергнутого сонохимической обработке в ультразвуковом кавитационном реакторе, что позволяет сохранять термически нестойкие вещества, обладающие высокой пищевой ценностью и формирующие вкус и аромат полуфабрикатов, выпускаемых в системе общественного питания;
Впервые предложено вводить повышающие рН мяса смеси фосфатных солей в состав рассолов, подвергнутых сонохимической обработке перед посолом мясного сырья, что позволяет снизить содержание фосфатов в продукте без уменьшения, получаемого водоудерживающего эффекта;
Выведена и экспериментально подтверждена математическая зависимость, комплексно описывающая взаимосвязь количества воды из сонохимически обработанного рассола, связываемой мясным сырьем в процессе гидратации от содержания в нем белка, степени измельчения и величины рН.
Практическая значимость. Определены технологические параметры: интенсивность и необходимое количество энергии ультразвука, а также выбран технологический режим сонохимической обработки рассола для мясных рубленых полуфабрикатов, производимых в системе общественного питания. Они оформлены в виде трех запатентованных изобретений, что свидетельствует об их промышленной применимости. (Патенты РФ №2402909, №2422198, положительное решение по заявке №2010144303 от 07.09.2011г.) Получена математическая зависимость, по которой разработаны технологические режимы посола мяса обработанным в кавитационном реакторе рассолом с учетом экономии мясного сырья.
Разработан способ увеличения терморезистентности эссенциальных компонентов сырья при термообработке продуктов из рубленого мяса, придающих им вкус, аромат и пищевую ценность, что позволит рационально использовать специи, пряности, пищевые добавки и улучшит потребительские свойства мясопродуктов.
Сформулированы требования к технологии производства рубленых полуфабрикатов с использованием сонохимического воздействия на посолочные рассолы, которые предусматривают сокращение уровня использования водоудерживающих добавок (например, фосфатов) и соли поваренной. Они оформлены в виде "Технологической инструкции по приготовлению рассолов под воздействием ультразвуковой кавитации и порядку их использования в производстве продуктов и полуфабрикатов из измельченного мяса" (ТИ 9210-001-88788390-11).
Апробация работы. Разработанная технология и ее соответствующее аппаратурное оформление демонстрировалась на Международных выставках: «Лабэкспо - 2009» и «Агропродмаш - 2010». Экспонаты были удостоено дипломов и двух золотых медалей.
Результаты исследований по теме диссертации докладывались на VII международной научно-практической конференции "Новейшие достижения европейской науки - 2011" (София, 2011), IV международной научно-практической конференции "Перспективы производства продуктов питания нового поколения" (г. Омск, 2011), на XXIV Сессии РАО, совмещенной с сессией Научного Совета РАН по акустике в филиале Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН ( г. Саратов, 2011г.) Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ (из них 2 - в рецензируемых журналах ВАК РФ), получены патенты РФ №2402909 и №2422198, а также поданы в Роспатент две заявки на изобретения №2010126334, №2010144303, на первую из них получено решение о выдаче патента на изобретение от 07.09.2011г.
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, а также списка литературы, и приложений. Текст диссертации изложен на 119 страницах, содержит таблиц и 21 рисунков. Список использованной литературы содержит 149 наименований, из них 28 публикаций иностранных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи исследований, изложена научная новизна найденных решений и определена их практическая значимость. Приведены сведения об апробации работы и перечислены положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Аналитический обзор литературы» проанализированы научные публикации по выбранным направлениям исследований. Основываясь на результатах анализа, выяснено, что происходящие при сонохимическом воздействии физикохимические процессы порождаются акустической кавитацией, возникающей в рассоле, под действием упругих ультразвуковых волн. Изотермически увеличивая растворяющую способность воды в рассоле за счет физико-химического действия ультразвука, можно усилить гидратацию биополимеров мяса (главным образом, белков) и восполнить частично утраченную им при хранении и первичной переработке природную влагу.
Сонохимическая обработка направлена на увеличение содержания синтезируемой, в результате кавитационного процесса перекиси водорода, которая, трансформируясь, в мясе с выделением энергии, ускоряет его созревание и снижает в нем активность микроорганизмов. Выделяемый кислород может окислять жиры и, образующиеся в результате их гидролиза, свободные жирные кислоты, что может привести к ускоренной порче его жировой составляющей, ухудшению вкусовых качеств, показателей безопасности и снижению уровня хранимоспособности получаемого продукта.
О производительности процесса сонохимической обработки или времени, необходимом для обработки конкретного количества раствора, по которым можно оценить величину требующейся для этого энергии однозначно, не обнаружено сведений ни в патентной, ни в специальной литературе.
Для повышения терморезистентности термически нестойких, но ценных составляющих биополимеров мяса и других компонентов рецептур рубленых полуфабрикатов (например, специй) установлено, что их тепловая денатурация начинается с разрушения гидратных оболочек. Чтобы обеспечить их сохранение в продукте применяют сокращенную по времени поэтапную его термообработку. О применении сонохимических технологий с целью повышения терморезистентности эссенциальных веществ при термообработке сведений в доступной литературе не обнаружено.
Во второй главе «Объекты и методы исследований» представлена структурная схема исследований (Рис.2). Диссертация выполнена в лаборатории пищевой сонохимии на кафедре "Технологии продуктов питания и экспертизы товаров в ФГБОУ ВПО Московском Государственном Университете технологий и управления им. К.Г.
Разумовского в рамках следующих НИР: «Исследование технологии водоподготовки для нужд пищевой промышленности и энергетики», "Разработка теоретических основ пищевой сонохимии", в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы, 2009 – 2010 годы», утвержденной приказом Министерства образования и науки России от 16 апреля 2007 г №115, «Повышение терморезистентности биологически активных компонентов пищевого сырья путем их гидратации сонохимически обработанной водой», а также в аккредитованной лаборатории «ЭкоЗонд», Научно-исследовательском институте Биоорганической химии им. Н.М.
Эммануэля РАН, НИИ Экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, а также на мясоперерабатывающих предприятиях по производству полуфабрикатов и в цехах, входящих в систему общественного питания.
В исследованиях по теме настоящей диссертации была использована установка на базе кавитационного реактора РКУ-0,63 по ТУ 5130-002-26784341-2008 (Рис. 1). Она пригодна для обработки посолочных рассолов в производстве изделий из рубленого мяса, где обрабатываемый объем рассола составляет не более 10% от объема выпускаемой продукции.
Рис. 1 Установка с сонохимическим реактором РКУ-0,63 по ТУ 5130-002-26784341- Объектами исследований являлись:
образцы рубленых полуфабрикатов, состоящих из сырья в составе - 50% говядины II сорта и 50% полужирной свинины, которые подвергались посолу растворами пищевых электролитов и образцы рубленых полуфабрикатов, содержащие мясное сырье с аномальным развитием автолиза ( признаки PSE, DFD);
полученная проф. С.Д. Шестаковым закономерность водоудержания мясом сонохимически обработанной воды (Патент РФ № 2337577, 2008г.) с целью ее уточнения;
физико-химические показатели воды питьевой до и после сонохимической обработки в кавитационном реакторе;
физико-химические показатели водных и спиртовых экстрактов фарша рубленых полуфабрикатов до и после термообработки.
Растворы электролитов готовились из воды питьевой бутилированной по ГОСТ Р 52109-2003, соли поваренной пищевой, фосфатных смесей из гидроортофосфатов и ортофосфатов (торговая марка «Абастол – 305»). При выполнении исследований применялись методы сравнительного эксперимента. Для обработки экспериментальных данных были применены методы математической статистики. Для приготовления фарша использовали – мясорубку «Panasonic MK-G» с решетками диаметром отверстий 3мм и водяную баню LOIP LB-163 (ТБ-6/24ВК).
В работе применялись как общепринятые, так и специальные методы оценки качества воды, рассолов и рубленых полуфабрикатов.
Экспериментальные исследования проводились в 3-5-кратной повторности. Отбор и подготовку проб для лабораторных исследований мясных продуктов проводили согласно единой методике в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51448- Показатель активной кислотности (рН) определяли потенциометрическим методом с использованием рН-метра «рН-213» (фирма Нanna Instruments, Германия).
Окисляемость перманганатная – по ИСО Содержание танинов и лигнинов – по МИ Содержание полифосфатов по (P2O5) – согласно ГОСТ Абсолютная вязкость – на вискозиметре фирмы "A&D" (Япония) Определение токсичности воды и ее биологической активности – по тесту "Эколюм" (по методике Стехина А.А. и Яковлевой Г.В.), разработанного в НИИ Экологии человека и гигиены окружающей среды имени А.Н.Сысина РАМН.
Предельное напряжение сдвига фарша - с использованием ротационного вискозиметра и текстурометра фирмы "Brookfield".
Химический (вкусоароматический) состав спиртовых экстрактов рубленых хроматомассспектрометрическим детектором марки "Finnigan" модель Trace DSQ.
Содержание белка – методом Къельдаля – по ГОСТ 25011- Органолептическая оценка по - ГОСТ Р 53747- Гидратная влага – по методике проф. А Фишера (Университет Хоэнхайм, Германия)
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЯСНЫХ РУБЛЕНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ СОНОХИМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
ДЛЯ СИСТЕМЫ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ
экспериментальные исследования сопровождающие гидратацию процесса гидратации мясного фарша биополимеров мяса со средой при посоле Установить комплексную зависимость кол-ва воды, связываемой в процессе гидратации мясным сырьем от содержания в нем белка, степени измельчения и показателя активности ионов водорода (pH) кислотности ионов водорода (pH) Определить оптимальные режимы влагоудерживающей способности рассола и мясных рубленых фарша, состоящего из говядины и полуфабрикатов свинины от автолитических изменений качества мясного сырья экспериментальные данные и сонохимически обработанного уточнить формулу определения рассола на терморезистентность влагоудерживающей способности биологически ценных компонентов мяса, предложенную проф. С.Д. мясного сырья и определить степень Шестаковым (патент РФ-2337577) диссоциации пищевых электролитов В третьей главе. «Определение диапазона интенсивности ультразвука, позволяющего обеспечить специфические свойства воды» показано, что вода приближается к состоянию, которое она имеет в натуральной биомассе, тогда когда гидратная оболочка белка строится из отдельных, не связанных между собой до начала реакции, молекул воды, чего можно добиться ее сонохимической обработкой.Сонохимическое воздействие основано на распространении в воде импульсов давления, которые под воздействием ультразвуковой волны в воде испускают микроскопические газовые включения – кавитационные пузырьки. Импульсы эти способны без нагрева всей воды, произвести изменения ее растворяющей способности, разрушая ее собственную структуру, как показано на ( рис. 3).
Рис. 3. Разрушение воды кавитацией надмолекулярной структуры Пиролиз парогазовой смеси в кавитационных пузырьках приводит к образованию свободных радикалов, а также их синтезу за счет растворенного в воде кислорода и диффузии в раствор перекисных соединений. В связи с этим был экспериментально определен безопасный в этом отношении порог интенсивности ультразвука. Этот порог выше порога сонохимической реакции воды в жидком состоянии (H2O)n nH2O, не сопровождаемой диссоциацией ее молекул, но несоизмеримо превосходящей по массе участвующих в ней реагентов реакции пиролиза в парогазовой фазе пузырьков. Это было подтверждено экспериментально и установлено, что кавитация при найденных амплитудах звукового давления не приводит к образованию перекисных соединений в таких количествах, которые могут быть определены арбитражным методом определения перманганатной окисляемости воды.
электроакустическим излучателем, обеспечивающим с учетом отражения акустической волны от имеющегося в реакторе рефлектора абсолютную величину амплитуды звукового давления в насыщенном растворе натрия хлорида при атмосферном давлении в нем - кПа. При этом, амплитуда звукового давления превышала гидростатическое давление в реакторе, через который рассол свободно подается насосом, в 1,98 раза. После обработки в номинальном режиме водных растворов гуминовых кислот (танины, лигнины), их перманганатная окисляемость не изменилась таблица 1.
Эти легко окисляемые органические кислоты не были трансформированы в перекисные соединения путем присоединения кислорода, как это происходит при синтезе Н2О2. Отсюда следует, что, и перекись водорода также не синтезировалась или синтезировалась в ничтожно малых для выбранного стандартного метода анализа количествах. Растворяющая же способность обработанной в том же режиме воды в отношении натрия хлорида увеличилась (Рис. 4).
Кроме того, установлено, что сохраняются биологически важные свойства обработанной воды, которые исследовались по тесту "Эколюм". Результаты их определения приведены в таблице 2.
Вода обработанная в кавитационном реакторе в течение 5 мин.
Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что при использовании подвергнутых обработке в этом режиме рассолов, применяемых для посола измельченного мяса, гидратируемость его белков увеличивается, микробиологическая чистота улучшается, а окисления жиров не происходит.
Определение (при найденной пороговой амплитуде звукового давления) диапазона энергий, в котором обеспечено требуемое увеличение растворяющей способности воды, сделано исходя из следующих положений. Известно, что учет зависящих от температуры раствора параметров состояния водяного пара в кавитационных пузырьках при определении уровня акустической мощности в процессах, где сонохимическое надтепловое воздействие совмещают с термическим, позволяет избежать излишних затрат энергии.
Водородные связи в воде могут быть разрушены кинетической энергией молекул, приобретаемой при ее нагреве до температуры приблизительно 60С. Таким образом, для сохранения эффектов дезинтеграции структуры воды, а также для минимизирования режимов образования перекисных соединений и предотвращения излишних затрат энергии при сонохимической обработке растворов необходимо найти зависимость удельной энергоемкости процесса от всех вышеперечисленных факторов. Путем постановки вычислительных и натурных экспериментов были найдены частные эмпирические зависимости, которые затем были обобщены и аппроксимированы аналитической функцией температуры раствора t и амплитуды звукового давления A, которая определяет удельную производительность процесса кавитационной дезинтеграции (рис. 5) по содержащейся в растворе воде. Функция имеет вид:
Рис. 5. Вид зависимости удельной производительности сонохимической обработки от амплитуды звукового давления: 1,2 – 1; 1,4 – 2; 1,6 – 3; 1,8 – 4 и 2,0 – 5 атм.
В четвертой главе.
обработанной средой рассола на качество полуфабрикатов из рубленого мяса».
Приводится описание процедуры оптимизации процесса сонохимической обработки раствора NaCl и гидратации измельченного фарша. В эксперименте использовался разработанный проф. С.Д. Шестаковым и акад. В.А. Панфиловым метод измерения реологических характеристик фарша в процессе его гидратации. Сонохимической обработке подвергался раствор натрия хлорида. Пробы имели состав: вода 43,9 г, соль поваренная 1,3 г, фарш 50,0 г. Поочередно готовились пять образцов таких проб, в которых рассол обрабатывался с производительностью Рk = 1+0,75(k – 1) л/мин, где k = 1, 2, …,5. Каждая проба после смешивания компонентов помещалась в химический стакан емкостью 100 мл, и в ней с помощью программируемого структурометра i = 1, 2, …, 25 раз с дискретностью замеров 5 мин измерялись значения предельного напряжения сдвига фарша (ПНС). Таким образом, был сформирован массив данных размером ik. Для оптимизации был выбран метод, который заключается в нахождении максимумов дискретных по численному множеству i функций аргумента «время гидратации t». Затем при нахождении максимума полученной в результате снова дискретной заданной на точечном множестве k функции аргумента «производительность реактора р». Сначала была выполнена аппроксимация шести заданных на точечных множествах функций, описывающих зависимость предельного напряжения сдвига образцов от времени гидратации фарша водой из раствора и экстрагирования из него водорастворимых белков.
Эти множества приближались аппроксимирующей функцией полинома второго порядка логарифма ПНС методом наименьших квадратов. Получили аналитические функции ПНС вида:
Найденные аналитическим путем первые производные этих функций являются функциями касательных напряжений при деформации сдвига(рис. 6 а):
Максимальные напряжения, то есть максимальные значения полученных пяти немонотонных гладких функций составляют верхнюю грань множества значений энергии связи воды с биополимерами фарша и определяют прочность гидратных оболочек его биополимеров, которой пропорциональна их терморезистентность.
Эти максимумы образуют численное множество размером k значений, выраженных через максимальные касательные напряжения сдвига фаршей max,k пропорциональных максимальной энергии связи воды с биополимерами фарша или прочности гидратных оболочек его биополимеров, от которой зависит их терморезистентность. Дискретное множество max,k также приближалось полиномом второго порядка (рис. 6 б):
продолжительности выдержки в рассоле(а) и производительности Максимум полученной немонотонной гладкой функции соответствует оптимальной производительности реактора при сонохимической обработке исследуемого раствора с целью гидратации биополимеров, входящей в его состав водой. Наличие этого оптимума обусловлено тем, что при большей производительности раствор не получает достаточного количества энергии для разрушения в нем водородных связей. При меньшей же – сама кавитационная мощность реактора уменьшается, вследствие более сильного нагрева обрабатываемого раствора за счет теплового рассеяния акустической энергии, вследствие внутреннего трения. Оптимальная производительность процесса, была найдена, как 1 (рис. 6 б). В абсолютном числовом выражении она получилась равной 2, л/мин. Поскольку функция (3) – квадратичный полином, точка с максимальным касательным напряжением max,pr = 14,47 дин/м2, соответствующим паспортной производительности реактора 2 л/мин, которая лежит на ветви параболы по другую сторону от рopt будет иметь абсциссу равную Внутри диапазона производительностей 2,003,38 л/мин напряжения сдвига у гидратированной биомассы будут больше, следовательно, терморезистентность биополимеров будет выше.
Экспериментальной проверке получения эффекта повышения терморезистентности были подвергнуты образцы котлет массой 100г из равного соотношения говядины II сорта и полужирной свинины до и после термообработки в температурно-временных условиях, имитирующих стандартную технологию приготовления котлет на предприятиях общественного питания. Рассол готовился для контрольных образцов в соответствии с ГОСТ Р 52675-2006. В опытных образцах перед смешиванием рассола с фаршем он подвергался сонохимической обработке в реакторе РКУ-0,63. Химический состав спиртовых экстрактов фарша рубленых полуфабрикатов, приведен в таблице 3.
КОМПОНЕНТ СОДЕРЖАНИЕ,
Этилгексиловый эфир адипиновой кислоты Не обн. 7, Известно, что окси- и гидроксикислоты, лактоны имеют неприятный запах, усиливающийся с возрастанием длины углеводородной цепи. В опытных образцах этих химических соединений содержится значительно меньше, чем в контрольных.Химический состав спиртовых экстрактов после термообработки приведен в таблице 4.
Известно, что эфиры карбоновых кислот и сами высшие карбоновые кислоты (поз. 1 табл. 4) придают вкус и аромат мясопродуктам. Они термически нестойки, но в опытных образцах, в отличие от контрольных, они присутствуют. Энергетически ценные соединения, содержащиеся в мясе, такие как креатинин (поз. 6), как правило, разрушаются при повышенной температуре. Пиперин имеет вкус и аромат перца, а циклогексилпиперидин (поз. 7) сочетает в себе аромат целого ряда пряностей. Это вещество также должно разрушаться в процессе термообработки, но в опытных образцах почти треть его от первоначального содержания сохранилась. Все перечисленные соединения не разрушились в процессе термообработки в фарше, содержащем сонохимически обработанный рассол, вследствие приобретения ими плотных гидратных оболочек, позволивших им существовать в виде гидратированных коллоидов, не подвергаясь термической денатурации и не участвуя в химических реакциях, протекающих при повышенной температуре.
Увеличение степени диссоциации пищевых электролитов исследовано в отношении широко используемых солей щелочных металлов – калия и натрия, отвечающих ортофосфорной кислоте – пищевых фосфатов, т. к. трех- и двузамещенные фосфаты (ортофосфаты и гидроортофосфаты), растворяясь в воде, дают щелочную реакцию раствора. Используя пищевые фосфаты, как водоудерживающие добавки в составе посолочных рассолов, возможно, используя кавитационный реактор, усилить степень их диссоциации. Это даст возможность для получения заданного рН раствора использовать их в меньшем количестве. При проведении исследований было установлено, что если в качестве среды рассола использовать водный раствор пищевых фосфатов, а отношение общей массы фосфорных солей, первоначально растворенных в воде, к массе натрия хлорида, входящего с состав остальных посолочных веществ в растворе выбирать в пределах 0,07…0,09, это будет удовлетворять поставленной задаче.
При комнатной температуре готовили растворы натрия хлорида в воде с исходным уровнем минерализации натрий хлоридом, позволяющим получать, например, при электродиализе(контроль) катодную фракцию с рН равным 9,0±0,1. В первом случае (контроль) в полученном католите растворяли натрий хлорид до содержания 10 г в 100 г раствора, которое контролировали электрокондуктометром, позволяющим измерять солесодержание в пересчете на NaCl. Во втором случае (опыт) в воде растворяли NaCl до содержания 10 г в 100 г раствора, затем 0,7 г и 1,0 г Na3PО4 или Na2HPО4. В результате, у образцов растворов получены следующие значения водородного показателя таблица 5.
Из таблицы 5 видно, что рН растворов, содержащих фосфаты не ниже, чем раствора, приготовленного на основе католита, но при его приготовлении не потребовалось осуществлять электродиализ, используя диафрагменный электролизер и затрачивать на это электроэнергию. Кроме того, известно, что рН однопроцентного раствора ортофосфата натрия равен 12,1, а гидроортофосфата 8,9. В исследованных растворах содержание смеси этих веществ составляло по отношению к воде 0,78% и 1,00%, а рН при этом получился выше даже чем для двухзамещенного ортофосфата, что характеризует более высокую степень диссоциации и позволяет использовать меньшее количество фосфатов, в качестве водоудерживающих агентов при производстве рубленых полуфабрикатов, что, безусловно, повышает степень экологичности и безопасности потребления продукта.
В пятой главе «Установление комплексной зависимости количества воды, связываемой в процессе гидратации мясным сырьем от содержания в нем белка, степени измельчения и значения рН». Приведено описание результатов экспериментов, выполненных с целью уточнения систематической зависимости, описывающей механизм связывания воды в неравновесном термодинамическом состоянии, мясным фаршем.
Использовалась методика контроля потерь массы фаршем при термообработке при температурах, близких к температуре кипения, которую предложил проф. А. Фишер из университета Хоэнхайм. Суть метода состоит в том, что воду, имеющую различные формы связи с биомассой исследуемого образца, приводят в термодинамическое равновесие с ее насыщенным паром при атмосферном давлении. При этом считают, что вода, объемная концентрация которой в образце стала равной концентрации ее в окружающем насыщенном паре - это свободная вода, соответственно, остальная – связанная. Мясной фарш готовили путем измельчения в равных количествах говядины II сорта и свинины полужирной через решетку с диаметром отверстий 7 мм. Первая партия была приготовлена из мяса с пороком PSE (рН < 5,5), вторая из нормального мяса NOR (5,6 < pH < 6,2) и третья из мяса с пороком DFD (рН > 6,2). В каждом из образцов во всех трех партиях был измерен рН с помощью рН-метра (рис. 7).
Рис. 7. Значение рН в образцах первой (PSE ) –, второй (NOR) – и третьей (DFD ) – партий фаршей.
Рассол в виде насыщенного раствора соли был приготовлен и разделен на две части.
Каждый образец был также разделен на две части. Первые образцы были контрольными, вторые - опытные. В контрольные образцы был внесен рассол из расчета 3,85 г (3,2 мл) на образец (100г). Для опытных образцов рассол был обработан в реакторе по установленным выше режимах. Продолжительность выдержки в посоле - 30 мин при комнатной температуре. Части проб раскладывали в промаркированные и взвешенные пробирки (по 30 образцов каждой пробы). Пробирки с образцами взвешивали и помещали в металлическом штативе в водяную баню. В ней при температуре 98 С образцы выдерживали 20 мин. Потом образцы охлаждали до комнатной температуры, отделяли от охлажденных образцов фарша капельную влагу при помощи фильтровальной бумаги, не извлекая их из пробирок, и взвешивали пробирки с образцами.
Термические потери i-ым образцом в процентах массы (i = 1, 2 …, 30 – номер образца) в каждой партии определяли по формуле:
где: Mi, mi – массы образцов пробы в пробирках до термообработки и после, соответственно; i – массы пробирок. Тестограмма потерь приведена на (рис. 8).
Параметр i, показывающий содержание (%) в мясе образцов, посоленных с сонохимическим воздействием, гидратационно и капиллярно связанной влаги, определялась как разность потерь с образцами партий, посоленных необработанным рассолом.
Рис. 8. Разница термопотерь у образцов партий фаршей, посоленных необработанным и обработанным рассолом (количество гидратационно-связанной Коэффициенты корреляции между рНi и i показали, что на величину водоудержания образцов повлияло значение рН мясного сырья на 85%, 92% и 91%, соответственно. В результате в формулу гидратационного связывания белками мяса сонохимически обработанной воды, предложенную проф. Шестаковым, m = –0,16plg(s)%, где: р – содержание (%) в мясе белка, s – размер измельчения (диаметр измельчающей решетки), была введена поправка на водородный показатель среды фарша. Формула приобрела следующий вид:
В шестой главе «Разработка технологии производства мясных рубленых полуфабрикатов с применением сонохимических воздействий для системы общественного питания» приведены результаты промышленных испытаний разработанной технологии.
На предприятиях общественного питания и мясоперерабатывающих заводах, выпускающих рубленые полуфабрикаты, где проводились испытания технологии, неоднократно осуществлялась товароведная оценка изготовленных полуфабрикатов и готовых мясопродуктов. Ниже приведена фотография (Рис. 9) образцов рубленых полуфабрикатов (котлеты натурально-рубленые) приготовленных при испытаниях технологии на предприятии ЗАО Московский мясоперерабатывающий завод «Митэкс Плюс», их рецептура таблица 7 и результаты органолептической оценки по девятибалльной шкале таблица 6.
Технологическая схема производства мясных рубленых полуфабрикатов с применением сонохимической обработки рассола представлена на рисунке 10.
Рис.9 Образцы рубленых полуфабрикатов Рецептура рубленых мясных полуфабрикатов Годовой экономический эффект от внедрения технологии кавитационной обработки рассолов при производстве рубленых полуфабрикатов на предприятиях с производительностью 5-10 т мяса в сутки составляет 3.6 млн. руб. Удельный экономический эффект на 1 кг посоленного мяса с применением разработанной технологии составляет 10.5 руб. ( в ценах 2010 г.). Окупаемость затрат на внедрение составит не более 3 месяцев.
Технологическая схема приготовления рубленых полуфабрикатов с применением сонохимически (котлетоформовочная Термообработка (паро-конвекционная Охлаждение (камера шокового охлаждения) Реализация Рис. 10 Технологическая схема производства мясных рубленых полуфабрикатов с
ВЫВОДЫ
1. Оценено влияние воздействия сонохимической обработки на степень диссоциации пищевых электролитов. Показано, что электролиты (соль, фосфаты) имеют более высокую степень диссоциации в кавитационно обработанной воде по сравнению с необработанной, что позволяет уменьшить их количество в рецептурах на 10-15% по сравнению с нормируемой дозировкой и, таким образом, повысить экологическую безопасность продукции.2. Определены режимы работы кавитационного реактора – амплитуда звукового давления 0,20 МПа, интенсивность ультразвука 20 КГц, производительность 2 л/мин – которые обеспечивают оптимальное качество обработанных рассолов и, как следствие, мясных рубленых полуфабрикатов.
3. Исследовано влияние гидратации сонохимически обработанного рассола на терморезистентность биологически ценных компонентов в полуфабрикатах из рубленого мяса. Показано что соединения, обуславливающие вкус, аромат и пищевую ценность рубленых полуфабрикатов не разрушаются или разрушаются частично в процессе термообработки фарша, содержащего сонохимически обработанный рассол, вследствие приобретения ими гидратных оболочек, защищающих их от термической денатурации.
4. Проведены исследования, получены экспериментальные данные зависимости водоудерживающей способности мяса от содержания в нем белка (p), диаметра измельчающей решетки (s), степени изменения автолитических процессов (NOR, DFD, PSE), которые характеризует показатель активности ионов водорода (рН). В результате исследований получена уточненная формула этой закономерности, которая имеет вид:
5. Разработана рецептура, технология и проект нормативной документации по производству мясных рубленых полуфабрикатов с применением сонохимически обработанных рассолов для системы общественного питания. Разработанная технология позволяет увеличить выход рубленых мясных полуфабрикатов, улучшить потребительские свойства готовых мясопродуктов и повысить рентабельность их производства.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
1. Патент РФ № 2402909, А23В 4/26. от 10.11.2010. Способ сонохимической обработки рассола [Текст] / Артемова Я.А., Бефус А.П., Богуш В.И., Косарев А.Е., Красуля О.Н., Шестаков С.Д., Шленская Т.В. Приоритет 27.04. 2. Патент РФ № 2422198, C02F 1/36, B01J 19/10. от 27.06.2011 Способ сонохимической обработки водных растворов для гидратации биополимеров [Текст] / Богуш В.И., Красуля О.Н., Шестаков С.Д. Приоритет 29.06.2010.3. Заявка № 2010144303 РФ от 29.10.2010, A23L 1/01. Способ повышения терморезистентности биологически активных компонентов пищевого и лекарственного сырья растительного и животного происхождения [Текст] / Артемова Я.А., Богуш В.И.,.
Красуля Б.А., Красуля О.Н., Шестаков С.Д., Шленская Т.В. Решение о выдаче патента от 07.09.2011г.
4. Заявка № 2010126334 РФ, A23L 1/31, А23В 4/02, B01F 1/00. от 29. 06. 2010. Способ приготовления водного раствора посолочных веществ [Текст] / Богуш В.И., Красуля О.Н., Шестаков С.Д., Шленская Т.В. Приоритет с 29.06.
«