1.1. Параметрическая схема производства сырокопчёных колбас
На ход микробиологических процессов технологий производства сырокопчёных колбас существенное влияние оказывает состав и свойства сырья. Это обусловлено тем, что оно является основной составляющей питательной среды, субстрата для развития микроорганизмов, а также каналом проникновения микрофлоры из окружающей среды [83].
Таким образом, сырьё, идущее на производство, во многом определяет начальные значения исследуемых показателей, используемых при разработке моделей биотехнологических процессов.Состав и свойства мясного сырья, состав естественной микрофлоры определяются видом животного, из которого оно получено, и зависят от многих факторов: породы животного, пола, возраста, условий содержания и состава кормов при выращивании, условий транспортировки и предубойного содержания, температурных и временных режимов технологической обработки после убоя и последующего хранения [2,29,30]. Ценность мясного сырья определяется наличием в его составе компонентов, используемых организмом для биологического синтеза и компенсации энергетических затрат. Значение этого показателя зависит от содержания в мясе белков, жиров, витаминов, микро и макроэлементов, его аминокислотного состава и степени усвоения организмом. Важнейшую роль в оценке качества мяса и мясопродуктов играют органолептические показатели - внешний вид, цвет, вкус, запах и консистенция [34].
В зависимости от упитанности говядину, телятину, баранину и козлятину подразделяют на три категории. Мясо свиней в зависимости от массы туши, толщины шпика, возраста и характера обработки подразделяют на пять категорий [34].
Структура мяса имеет следующее содержание тканей: мышечная 50 -70%, жировая 30 - 20%, костная 15 — 22%, соединительная 9 - 14%. Мышечная ткань обладает наибольшей пищевой ценностью и представляет собой систему из мышечных волокон диаметром 10 - 100 мкм и соединительных оболочек [54].
Белки составляют 80% сухих веществ или 18 - 23% массы свежей мышечной ткани. Они определяют во многом пищевую ценность, физические, гистологические, биохимические и другие изменения сырья при его технологической обработке. От состояния мышечных белков зависит цвет, влагосвязываюшая и эмульгирующая способность, структурно-механические, тешюфизические, физические показатели мяса.При микробиологической и ферментной обработке мясного сырья определяющими являются микробиологические, биохимические и диффузионные процессы, которые зависят от физических свойств мяса и мясопродуктов таких как: активность воды, структура и соотношение элементов, теплофизические и массообменные показатели [63].
Вода в мясном сырье, ее связь и взаимодействие со структурными составляющими и химическими элементами определяют многие качественные показатели готового ферментированного продукта, его устойчивость при хранении [19]. Степень взаимодействия воды, с растворенными в ней химическими элементами, влияние ее на жизнедеятельность микроорганизмов и консистенцию продукта определяется количеством и термодинамической активностью ат которая находится из отношения [4]:
_Р _ Р.О.В
а° ~ pQ~ Too (1gt;
где Р — давление водяного пара на поверхности продукта, Па;
Ро - давление водяного пара на поверхности чистой воды, Па;
Р.О.В. - равновесная относительная влажность, при которой продукт не впитывает влагу и не теряет ее в атмосферу, %.
С уменьшением вода становится менее доступна для биохимических реакций и жизнедеятельности микроорганизмов, что снижает вероятность порчи готового продукта.
В работе [108] рассмотрены разные концептуальные подходы к причинам бактериальной порчи пищевых продуктов и методам их определения. Анализ результатов многочисленных исследований показал, что содержание воды в продукте является главной причиной бактериальной порчи. Показана определенная связь между активностью воды, скоростью биохимических реакций и репродукцией микроорганизмов.
Теоретическое обоснование такой связи получено при анализе динамики жидких сред. Величина аlt;11 является важным показателем качества пищевых продуктов. Законодательства многих стран предусматривает обязательное определение и поддержание ее на определенном уровне в мясных продуктах. Как отмечается в работе [110], величина активности воды влияет на следующие качественные характеристики мясных продуктов: возможность размножения микроорганизмов, содержание белков и витаминов, органолептические показатели, постоянство состава при созревании. Снижения а^ и увеличения связи влаги с продуктом можно достигнуть добавлением в структуру мясного сырья соли, сахара, белковых ингредиентов [128]. Удаляя влагу высушиванием при производстве сырокопчёных колбас, увеличивают относительное содержание соли, при этом повышается осмотическое давление и уменьшается активность воды. Активность воды в мясе находится в пределах а«, = 0,96 - 0,99 при содержании влага 70 - 74%, в сырокопченых колбасах а® = 0,78 - 0,85 при содержании влаги 24 - 30%.Микробиологические и биохимические процессы при производстве ферментированных мясных изделий в значительной степени связаны с показателем рН сырья. Мясное сырье, идущее на их изготовление, не должно превышать рН 6,2. Снижение рН мясного сырья при его созревании после убоя, сопровождается изменением содержания гликогена, глюкозы, молочной и фосфорной кислот. Накопление в мясе молочной и фосфорной кислот соответственно увеличивает концентрацию ионов водорода, которая в течение суток может достигнуть значений рН 5,7 и ниже. Источником накопления молочной кислоты является гликоген, максимальное количество которого (до 1%) содержится в мышечных тканях. Гликоген превращается в кислоту в результате ряда промежуточных биохимических реакций, катализируемых ферментами гликозидазы. В соответствии со значением рН различают мясо с высоким конечным рН (DFD), нормальным (NOR) и низким (PSE). В зависимости от принадлежности мясного сырья к той или иной группе определяют направления его дальнейшей переработки [4].
Существенным фактором в характеристике мясного сырья, является его санитарное состояние, определяемое наличием и количеством в нем различных видов микроорганизмов.
От бактериологической характеристики сырья зависит способ его последующей обработки и режимы инактивации микрофлоры. В работе [46] проведены исследования микробиологического состояния субпродуктов и отходов переработки КРС на мясокомбинате. Установлено, что общая бактериальная обсемененность мышечной ткани КРС после убоя находится в пределах (12,6 ± 1,9 - 16,8 ± 2,1) х 103 ед./г. В составе микроорганизмов, находящихся в мышечной ткани, в 7 — 9 % проб были обнаружены бактерии группы кишечной палочки. Сальмонеллы и токсигенные анаэробы в образцах мышечной ткани не обнаружены. После 1 суток хранения при температуре 4 °С в бытовом холодильнике обсемененность увеличивается примерно в 1,5 раза, а на третий день в 5 раз. Хранение при температуре - 18 °С в морозильной камере в течение 10 суток не изменяет общую микробную обсемененность, а через 30 суток она снижается примерно на 11%.В ряде случаев на хранение в промышленные холодильники поступают мороженые блоки мясного сырья с высокой микробиологической обсеменен-ностью, что является следствием не соблюдения санитарных норм, технологии первичной обработки и транспортировки мясного сырья.
Режим и глубина охлаждения влияют не только на жизнедеятельность микрофлоры, но в значительной степени определяют протекание физических и биохимических изменений продукта. Скорость послеубойного охлаждения, температура и продолжительность холодильного хранения существенно влияют на гистологическую характеристику мышечных волокон, показатель рН, глубину биохимических процессов созревания продукта, активность ферментных систем, определяют качество сырья и готовых мясных изделий [127].
Технологический процесс производства ферментированных мясных изделий может быть условно разделен на две части. Первая направлена на создание определенных структурно-механических характеристик в соответствии с видом, рецептурой, пищевой и энергетической ценностью мясного изделия. Вторая часть формирует основные качественные показатели включающие: органолептические (цвет, вкус, запах, нежность, сочность и др.); содержание влаги; соли; нитрита; рН; содержание свободного азота и обеспечивает санитарную безопасность.
Технологическая схема производства сырокопчёных колбас представлена на рис. 2 [87].Первая часть (I) включает операции с процессами физико-механического воздействия на сырье. К ним относятся; подготовка сырья (измельчение мороженых блоков); посол; приготовление фарша, включающее измельчение на волчке или куттере, внесение ферментного препарата, стартовых культур микроорганизмов, соли, сахара и других ингредиентов в соответствии с рецептурой, перемешивание; шприцевание в оболочку; вязку; навешивание на рамы и помещение в камеру осадки.
Посол является сложной совокупностью различных по своей природе процессов: массообмен; изменение белковых и других веществ мяса; изменения влажности и влагосвязывающей способности мяса; изменения массы; изменения микроструктуры продукта в связи со специфичным развитием ферментативных процессов в присутствии посолочных веществ и из-за механических воздействий; вкусоароматообразования в результате развития ферментативных и микробиологических процессов и использования вкусовых веществ и ароматизаторов в составе посолочных смесей; стабилизации окраски продукта. Следует отметить тот факт, что при производстве сырокопчёных колбас процессы характерные для посола продолжают своё развитие после окончания периода собственно посола [34]. Соль образует комплекс белок - соль, осмотическое давление которого выше чем внешнего раствора. Высокие концентрации поваренной соли вызывают плазмолиз — удаление воды из клеток микроорганизмов, вследствие осмоса. При этом нарушается действие протеолити-ческих ферментов, выделенных микроорганизмами.
Приготовление фарша считается ответственной операцией, поскольку от его структуры и реологических характеристик зависят последующие микробиологические процессы производства сырокопчёных колбас.
Анализ технологии подготовки сырья для производства сырокопчёных колбас показывает, что в процессе выдержки при посоле по ГОСТу отклонение температуры допускается на 33%, а продолжительности на 29%.
Аналогичные допуски имеются и на стадии приготовления фарша, где отклонение по времени куттерования допускается 29%, по температуре выдержки после приготовления 100%».Значительные отклонения в режимах обработки сырья при производстве сырокопчёных колбас показывают, что его структурно механические характеристики после каждой операции во многом зависят от мастерства и практического опыта специалистов, вьшолняющих эти операции. В связи с этим возникает необходимость разработки объективных методов оценки не только структурно механических характеристик готового фарша, но и его свойств, как среды (субстрата) для развития микроорганизмов и протекания биохимических реакций, которые определяют его дальнейшую обработку и качество готового изделия [62].
Вторая часть (II) технологии производства ферментированных сырокопчёных колбас включает осадку, копчение и последующую сушку при которых происходит созревание, во многом определяющее органолептические и санитарно-гигиенические показатели готового продукта. В этой части основными являются микробиологические, биохимические и диффузионные процессы, преобразующие белки, жиры и углеводы сырья (фарша) в легкоусвояемые для организма продукты их гидролиза.
Созревание колбас во время осадки и сушки сопровождается непрерывным изменением структуры колбасного фарша, который преобразуется из коллоидного раствора в капиллярно конденсационную структуру [7]. Ферменты участвующие в этих преобразованиях вырабатываются живой клеткой
и при определенных условиях могут катализировать химические реакции при низких температурах [101].
На качество ферментируемого мясного продукта в процессе созревания оказывают влияние температура и влажность окружающей среды, геометрические размеры и характеристика структуры продукта, начальное и конечное содержание влаги и характер ее связи в той степени, в какой они влияют на протекание биохимических и микробиологических процессов. Длительность созревания варьируется от 25 до 90 суток в зависимости от вида и рецептуры мясного изделия. В процессе сушки непрерывно изменяется структура продукта, его геометрические размеры, характер и распределение влаги по сечению [59].