УДК 637.5

 

Вода является универсальным растворителем, благодаря своей диэлектрической проницаемости. Ее действию подвластны и твердые тела, и жидкости, и газы.

Степень растворимости белковых фракций может измениться под действием физико-химических факторов и условий технологической обработки. Основным фактором влияющим на эффективность этого процесса – является жесткость воды и ее структура.

Эффективность дезинтегрирующего действия ультразвуковой кавитации зависит от параметров ультразвука и физических свойств жидкости – ее плотности и скорости звука в ней, произведение которых называется удельным акустическим сопротивлением среды, и может характеризоваться интенсивностью вызывающего кавитацию ультразвука. Мощность кавитации, при прочих равных условиях, зависит также от гидростатического давления в жидкости.

 

ДЕЗИНТЕГРАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ В МЯСНОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ

 

Открытое акционерное общество «Пинский мясокомбинат», г. Пинск, Республика Беларусь

 

О.Н. Анискевич, инженер-технолог

 

Проблема водоподготовки в пищевой промышленности становится все значимее по мере увеличения объемов пищевого сырья, которое в своем составе содержит большое количество воды. По использованию воды, как рецептурного компонента продуктов, мясная промышленность находится в числе лидеров. Производство этого вида продуктов регламентировано многими техническими нормативными правовыми актами (ТНПА), однако об особых требованиях к используемой воде там ничего не сказано, кроме того, что она должна быть питьевой. Тем не менее, показатели качества готовой продукции во многом будут зависеть от качества используемой воды.

Известно, что химически чистый белок в результате реакции гидратации теоретически может связать до 40% воды по массе [1]. Энергия связи воды с белком, принимает наибольшее значение, когда гидратная оболочка белка строится из отдельных молекул воды, не связанных до этого между собой в надмолекулярную структуру. Но в обычном состоянии вода, также как и белок, имеет собственную структуру, образованную водородными связями между молекулами. Эта структура разрушается тепловым движением молекул при достижении температуры около +70°С.

Установлено, что для разделения воды на отдельные молекулы наиболее эффективен сонохимический метод, относящийся к методам химии высоких энергий [2]. Его действие основано на распространении в воде периодических импульсов давления, которые под воздействием переменного давления в упругой ультразвуковой волне испускают кавитационные пузырьки.

Установлено, что при этом вода создает такие плотные и прочные гидратные оболочки, что они могут даже повышать терморезистентность растворенных витаминов и препятствовать их термической денатурации при последующей термообработке. Кроме того, надтепловой механизм передачи энергии в процессах сонохимии делает их более чем на порядок экономичнее по сравнению с термическими.

Вода является универсальным растворителем, благодаря своей диэлектрической проницаемости. Ее действию подвластны и твердые тела, и жидкости, и газы. По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные – атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Степень растворимости белковых фракций может измениться под действием физико-химических факторов и условий технологической обработки. Основным фактором влияющим на эффективность этого процесса – это жесткость воды и ее структура.

В настоящее время наиболее эффективным (с точки зрения энергозатрат, получения бактерицидного эффекта и увеличения растворяющей и экстрагирующей способностей), но в тоже время малоизученным, является процесс кавитационной водоподготовки.

В области кавитационных технологий известны работы зарубежных и отечественных ученых в области пищевой сонохимии при производстве молочных продуктов – это работы Н.А. Тихомировой, T.В. Шленской, О.Н. Красули и С.Д. Шестакова, М. Ашоккумара, С. Кентиша и Р. Моусона [3]. Ими установлено, что вода, используемая при производстве вареных колбас, может приблизиться к тому состоянию, какое она имеет в мышечной ткани, когда энергия связи воды с белком, характеризующая ее прочность, примет наибольшее значение. Это бывает, когда гидратная оболочка белка строится из отдельных молекул воды, не связанных между собой, чего можно добиться ее предварительной сонохимической обработкой, и наилучшим образом повышает его гидрофильность. Установлено также [4], что при этом создаются такие плотные и прочные гидратные оболочки, которые способны повышать терморезистентность растворенных в ней ценных пищевых веществ и витаминов, предотвращая их термическую денатурацию при последующей термообработке.

В составляющих белки молекулах аминокислот в реакции гидратации участвуют активные полярные центры, представленные карбоксильными –СООН, гидроксильными –ОН и аминнымиNH2 группами. Мономолекулы воды, связывая этими группами разные молекулы белка, подвергают его гидратационной структуризации, создавая некое подобие четвертичной структуры белка [3] (рис. 1). Гидратация белка, обеспечивающая вхождение воды в его структуру, позволяет значительно увеличить выход продуктов.

Рис. 1. Гидратационная структуризация белков мышечной ткани [5]

 

В таком аппарате в результате появления градиентов давления возникает гидродинамическая кавитация, которая существует и действует вблизи кавитационного порога [2,3]. Поэтому ее наличие не приводит к значимому, для увеличения гидратационной активности воды, разрушению водородных связей.

Как известно, кавитация обладает диспергирующим действием на взвешенные в жидкости твердые и жидкие частицы и дезинтегрирующим действием на структуру воды, образованную водородными связями молекул между собой, сопровождающимся выведением ее из термодинамического равновесия. Вода на время релаксации неравновесного состояния приобретает аномально высокую гидратационную способность по отношению к биополимерам, в том числе, к белкам.

Группой ученых из ВНИМИ под руководством А.Г. Галстяна установлено, что получению высокого качества восстановленных смесей способствует пониженная временная жесткость воды.

Кальций – природный компонент мясного сырья, находящийся в определенных физиологических количествах как внутри мышечного волокна в связанном с белками состоянии, так и в свободной форме во внеклеточной жидкости. Многие белки, входящие в состав мясного сырья, довольно легко вступают во взаимодействие с ионами кальция. Изучение специфики протекания коллоидно-химических реакций в мясных системах при различных концентрациях кальция может расширить существующие представления о механизме ионотропного структурирования пищевых систем, а это, в свою очередь, создает предпосылки к направленному регулированию их функционально-технологических свойств и, соответственно, улучшению качества готовой продукции.

Кавитация же позволяет легко переводить растворимые бикарбонаты в нерастворимую карбонатную форму, эффективно снижая эту временную жесткость. Н.А. Тихомировой установлено, что механизм реакций основан на разрушении импульсами давления, возникающих при кавитации, гидратных оболочек растворенных и существующих в виде ионов бикарбонатов Са(HCO3)2 и Mg(HCO3)2.

Полярные группы молекул аминокислот вступают в реакцию гидратации, если их полярные центры, представленные карбоксильными, гидроксильными и аминными группами, свободны от связей друг с другом. Структура воды, образованная водородными связями, как показали проведенные в Лейденском университете исследования К. Цинеша и ДжФренкена, идентичная даже при комнатной температуре структуре льда, хорошо разрушается в результате сонохимической реакции дегидратации, после которой вода на время переходит в термодинамически неравновесное состояние [6].

И.А. Роговым и С.Д. Шестаковым было установлено, что полностью деструктурировать воду до мономолекулярного состояния надтепловым воздействием практически невозможно и что из всех известных методов химии высоких энергий лишь сонохимический метод позволяет осуществлять дезинтеграцию больших объемов воды почти изотермически и не требует для этого больших затрат энергии. Продолжительность релаксации неравновесного состояния обработанной воды позволяет надеяться на промышленное использование феномена, хотя плотность эрозионной мощности кавитации имеет верхний предел. Если сразу после кавитационного воздействия воду смешать с содержащей белки биомассой, то молекулы белка приобретут плотные гидратные оболочки из мономолекул воды.

Несмотря на изученность свойств воды, проявление ее аномальных свойств в различных технологических процессах до конца не изучено. В этом направлении проводятся различные исследования, направленные на изучение воздействия воды на сырье и материалы для дальнейшего эффективного применения в технологических процессах. Конечная цель проводимых исследований – получение готовых продуктов улучшенного качества с максимально возможным технологическим и экономическим эффектом.

По рецептурам, указанным в табл. 1, ОАО «Пинский мясокомбинат» выработал опытные образцы колбасных изделий и рубленых полуфабрикатов.

 

Таблица 1. Рецептуры опытных образцов

Показатели образцов

Наименование опытных образцов

Сосиски

мясные

«Докторские»

Колбаса

вареная мясная

«Молочная»

Колбаса

вареная мясная

«К пиву

ароматная»

Продукт из свинины Полендвичка «Любимая» копчено-вареная

Фарш «Студенчиский» мясорастительный

Сорт

высший

высший

второй

 

 

Технические нормативно-правовые акты

TY BY

690455821.016-2012

TY BY

690455821.016-2012

СТБ 126-2011

TY BY

690455821.016-2012

TY BY

690455821.016-2012

Основное сырье, кг

Говядина 2 сорт

 

35

45

 

 

Жир-сырец

говяжий

 

5

5

 

 

Свинина полужирная

60

60

 

 

 

Свинина жирная

35

 

15

 

 

Шпик боковой

 

 

15

 

10

Крупа манная

 

 

5

 

 

Эмульсия из шкурки

 

 

15

 

 

Сухое молоко

5

 

 

 

 

Спинно-поясничная часть свиная

 

 

 

100

 

Котлетное мясо говяжье

 

 

 

 

40

Вода (для гидратации белка соевого «Опттема»)

 

 

 

 

37,5

Белок соевый «Опттема»

 

 

 

 

12,5

Пряности и материалы, г

Соль поваренная пищевая

2300

2300

2500

2750

 

Нитрит натрия

0,006

0,006

0,007

0,012

 

Пищевая добавка «Телячья Комби»

 

1000

 

 

 

Пищевая добавка. «Супергель»

1200

1200

 

 

 

Пищевая добавка «Топ аром специаль»

200

200

 

 

 

Пищевая добавка «Прима люкс эконом»

 

 

2800

 

 

Пищевая добавка. «Докторская крем»

1000

 

 

 

 

Пищевая добавка «БелкомиксР»

 

 

 

1000

 

Пищевая добавка «Про ветчина 50-80»

 

 

 

1500

 

Нормативный выход, %

140

150

150

115

100

Планируемый

Выход, %

140+6

150+6

150+6

115+(6÷10)

100+(6÷10)

Фактический выход, %

140

156

154

127

115

Влага по норме, % не более

73,0

73,0

75,0

не

нормируется

80,0

Влага фактическая, %

61,1

70,1

70,0

74,3

не определялась

Полная себестоимость, тыс. бел. руб

(традиционная технология)

39267,221

38083,789

29257,338

58235,152

24947,804

Полная себестоимость, тыс. бел. руб

(опытный образец)

39267,221

36862,686

28654,288

53604,659

22115,631

Разница, тыс. бел. руб (полная себестоимость опытного образца за вычетом полной себестоимость традиционного)

0

Примечание:

На

Исследования и дегустацию

Отобрано 4,0 кг

1221,103

603,050

4630,493

2832,173

 

Технологический процесс изготовления вареных колбасных изделий и сосисок следующий: количество соли, необходимое по рецептуре, растворялось в воде в соотношении 1:3. Полученный рассол проходил обработку в установке РКУ (при 45-50% мощности). В куттер загружалось измельченное несоленое сырье и подготовленный рассол и куттеровалось до температуры фарша 5-6 ºС, затем загружались остальные ингредиенты согласно рецептуре, чешуйчатый лед и куттеровались до температуры фарша 12 ºС. Формование колбасных изделий и сосисок осуществлялось во влагодымонепроницаемую полиамидную оболочку.

Технологический процесс изготовления продукта из свинины «Полендвичка «Любимая» к/в следующий: количество соли, необходимое по рецептуре, растворялось в воде в соотношении 1:3. Полученный рассол проходил обработку в установке РКУ (при 45-50% мощности). В приготовленный рассол согласно рецептуре добавлялись пищевые добавки, раствор нитрита натрия. Полученным рассолом на многоигольчатом шприце прошприцована спинно-поясничная часть свиная.

Технологический процесс изготовления фарша «Студенческого» мясорастительного следующий: вода проходила обработку в установке РКУ (при 45-50% мощности), затем перемешивалась с котлетным мясом говяжьим, после чего вносились остальные ингредиенты согласно рецептуре.

Кроме того, произведен «мокрый посол» говядины второго сорта и свинины полужирной: количество соли, необходимое по рецептуре, растворялось в воде в соотношении 1:3. Полученный рассол проходил обработку в установке РКУ (при 45-50% мощности), вносился на мясное сырье, которое затем перемешивалось в мешалке в течение 7-8 мин. Выдержка мясного сырья в посоле составила 48 ч. Из вышеуказанного сырья изготовлена колбаса мясосодержащая высшего сорта «Дворянская» во влагодымонепроницаемой полиамидной оболочке.

При изготовлении сосисок мясных «Молочные нежные» высшего сорта во влагодымонепроницаемой полиамидной оболочке использовалась вода, которая проходила обработку в установке РКУ (при 45-50 % мощности) и произведенный из нее чешуйчатый лед (табл. 2). Технология изготовления сосисок – традиционная.

 

Таблица 2. Состав рецептур опытных образцов

Показатели образцов

Наименование опытных образцов

Колбаса вареная мясосодержащая «Дворянская»

Сосиски мясные «Молочные нежные»

Сорт

высший

высший

Технические нормативно-правовые акты

TY BY 190227867.023-2011

СТБ 126-2011

Основное сырьё, кг

Говядина 2 сорт

20

 

Говядина жирная

10

 

Жир-сырец говяжий

5

5

Свинина полужирная

40

58

Свинина жирная

10

15

Сухое молоко

3

4

Меланж

2

2

Эмульсия из шкурки

10

 

Говядина 1 сорт

 

16

Пряности и материалы, г

Соль поваренная пищевая

2800

2100

Нитрит натрия

0,007

0,005

Пищевая добавка «Премикс 3ВС»

1700

 

Пищевая добавка «Премикс 33ВС универсальный»

1000

 

Пищевая добавка «Колор 2000»

 

300

Пищевая добавка «Сливочная Комби»

 

1200

Пищевая добавка «Эком супергель»

 

1000

Нормативный выход,%

170

155

Фактический выход,%

174

155

Влага по норме, % не более

75,0

73,0

Влага фактическая,%

70,8

65,0

Полная себестоимость, тыс. бел. руб (традиционная технология)

30295,489

37416,015

Полная себестоимость, тыс. бел. руб (опытный образец)

29746,927

37416

Разница, тыс. бел. руб (полная себестоимость опытного образца за вычетом полной себестоимость традиционного)

548,562

0

 

Колбасные изделия, сосиски, продукты из свинины, рубленые полуфабрикаты изготавливались из охлажденного сырья.

Было подтверждено, что органолептические характеристики всех образцов соответствуют требованиям ТНПА.

Заключение. В результате исследований было выявлено, что при использовании подготовленного рассола нужно уменьшить количество соли по рецептуре 5-10 %, т.к. вода пропущенная через установку РКУ обладает повышенной растворяющей способностью, а дополнительно внесенная влага арбитражным методом не обнаруживается (причина – вода из прочно связанного состояния переходит в гидратационно-связанную, которую можно обнаружить только методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР)).

Стоимость проекта – 274,5 млн руб. С применением технологии кавитационной обработки рассолов ОАО «Пинским мясокомбинатом» данный проект окупится после изготовления 140 тн варёных калбасных изделий. Благодаря использованию указанной технологии увеличится выход продукции на 2-8 %, что позволит получать прибыль 2000 руб. на кг.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1.           Хинт, Й.А. Об основных проблемах механической активации/ Й.А. Хинт. – М.: ЭНИИНТИ и ТЭИ, 1977. – С.73.

2.           Шестаков, С.Д. Исследования и опыт применения сонохимических технологий в пищевой промышленности / С.Д. Шестаков, О.Н. Красуля. – Электронный журнал «Техническая акустика», 2010. – С.10.

3.           Шестаков, С.Д. Управление гидратацией биополимеров пищевых сред / С.Д. Шестаков. Теоретические основы пищевых технологий / под ред. акад. В.А. Панфилова. – М: Колос, 2009. – С. 45.

4.           Flannigan, D. Plasma formation and temperature measurement during single-bubble cavitation / D. Flannigan, K. Suslik. – Letters to Nature, 2005. – 434 с.

5.           Стехин, А.А. Структурированная вода. Нелинейные эффекты / А.А. Стехин, Г.В. Яковлева. – М.:ЛКИ, 2008. – 266 с.

6.           Klotz, A.R. Simulations of the Devin and Zudin modified Rayleigh-Plesset equations to model bubble dynamics in a tube / A.R. Klotz, K. Hynynen - Electronic Journal «Technical Acoustics», 2010. – С. 11.

Рукопись статьи поступила в редакцию 17.02.2014

 

O.N. Aniskevich

 

DECOMPOSITION METHODS IN THE MEAT INDUSTRY

 

Water is the universal solvent, due to its dielectric permittivity. Its action under control of solids, liquids, and gases.

The degree of solubility of protein fractions can change under the influence of physico-chemical factors and processing conditions. The main factor affecting the efficiency of this process - it is the rigidity of water and its structure.

The effectiveness of дезинтегрирующего action of ultrasonic cavitation depends on the parameters of ultrasonic and physical properties of the fluid - its density and velocity of sound in it, the product of which is called the specific acoustic impedance of the environment, and can be characterized by the intensity of the calling ultrasound cavitation. The capacity of cavitation under other equal conditions also depends on the hydrostatic pressure of the liquid.