1.4. Схема развития микробиоценоза в биотехнологических процессах производства сырокопчёных колбас
Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов неразрывно связаны с условиями внешней среды. В зависимости от биологических особенностей микроорганизмов и природы воздействующего фактора внешняя среда может оказывать благоприятное или неблагоприятное воздействие на развитие микроорганизмов.
Условия внешней среды, оказывающие наибольшее влияние на жизнедеятельность микроорганизмов можно, подразделить на физические, механические, химические и биологические (рис. 5.) [10].Развитие микробиологических процессов в ходе биотехнологических воздействий определяется начальными значениями (физико-химические и биохимические свойства, состав и количество естественной и специально внесенной микрофлоры) исходного фарша и условиями окружающей среды в камере (температурой, влажностью воздуха и т.д.) (рис. 4).
В работе [69] приведены результаты исследований влияния состава фарша на процесс созревания колбас. Изучалось созревание колбас с различным содержанием шпика в рецептуре: Ростовская - 10%; Московская - 25%; Донецкая - 40%. Отмечается, что в колбасе с 40% шпика увеличение пиро-виноградной кислоты сопровождается уменьшением каприловой и пералго-новой кислот, а в говяжьем фарше их количество растет. Наличие в стартовом штамме бактерий вида L. plantarum усиливает накопление общего количества молочной, уксусной и масляной кислот и падение рН независимо от содержания в фарше шпика. При этом уменьшается количество каприловой кислоты.
В смешанном фарше Московской колбасы созревание протекает при взаимном влиянии особенностей говядины и свинины. С увеличением количества связанной воды в фарше снижается скорость роста концентрации соли в процессе сушки. Мышечная ткань связывает значительное количество воды, поэтому в колбасах, где в рецептуре содержание мышечной ткани меньше, а количество шпика больше, типа Днепровской, жизнедеятельность микроорганизмов затормаживается быстрее при снижении активности воды и увеличении концентрации NaCl.
Накопление общего количества органических летучих кислот и снижение рН быстрее происходит в Ростовской колбасе с 10% шпика. Концентрация соли на 30 сутки созревания в этой колбасе составляет 5,43%, а в Днепровской 8,14%.В работе [27] при исследовании изменений азотистых соединений в процессе созревания отмечается, что интенсивность синтеза свободных аминокислот, формирующих органолептические свойства мясного изделия, в большей степени зависит от начального состояния мяса, чем от бактериальной культуры и ферментного препарата фицина, вносимых со стартовой культурой.
Готовые сырокопчёные колбасы содержат в основном молочнокислые бактерии [83], поэтому главная роль в процессе ферментирования отводится именно этим бактериям. Созревание колбас происходит в условиях анаэробного метаболизма, в котором основными продуктами жизнедеятельности молочнокислых микроорганизмов являются летучие органические кислоты. При этом скорость их синтеза в процессах протеолиза, липолиза и гликолиза зависит от ряда условий: активности стартовых бактериальных культур, температуры, величины рН среды (субстрата), концентрации соли, глюкозы и полисахаридов и специй.
В работе [132] приведены результаты исследования влияния температуры, величины рН и NaCl на выживаемость патогенных бактерий Escherichia coli в колбасном фарше. Исследовалось действие температуры (35, 10, 4°С), величины рН (6,5; 5,8; 4,5) и концентрации соли на выживаемость Escherichia coli. Хранение фарша при температуре 35° ведет к увеличению количества микроорганизмов до 3 logw. При повышении кислотности до рН
5,8 и хранении в течение 9 часов количество выживших Escherichia coli падает до 1,3 log1(). Статистический анализ показывает, что концентрация NaCl в количестве 2 и 3% приводит к значительному снижению числа выживших клеток. Отмечается, что при взаимодействии трех факторов: Т, рН, NaCl наиболее важным, влияющим на рост патогенных микроорганизмов, является рН. Инакулированные микроорганизмы полностью гибли при рН 5,8, в сочетании с 3% NaCl через 72 часа при температуре 4 и 10 °С.
Величина рН 4,5 с добавлением NaCl или без нее значительно ускоряет гибель микроорганизмов.Для подавления действия имеющейся в мясном сырье патогенной микрофлоры (кишечная палочка, протей и др.) и повышения санитарной безопасности ферментированных мясных изделий, в ряде случаев, в фарш вводят специальные препараты, снижающие значение рН. Одним из подкислителей используемым в Германии, является глюконо-дельта-лактон (ГДЛ), который понижает рН уже в процессе приготовления фарша [93]. Водный раствор ГДЛ представляет собой глюконовую кислоту, которая при добавлении в количестве 0,7% в фарш не только быстро снижает рН, но и улучшает вкус и аромат, способствует созреванию колбас, стабилизирует цвет, ускоряет формирование структуры. Использование ГДЛ предусматривает строгое соблюдение температурных режимов созревания и копчения колбас. В присутствии ГДЛ температурные режимы созревания могут иметь повышенные значения (20 - 24 °С). Допускается применение ГДЛ совместно с бактериальной закваской.
В процессе сушки влага удаляется из продукта, при этом возрастает концентрация соли, снижается активность воды а« (с 0,99 до 0,80 и ниже), при которой не могут развиваться гнилостные микроорганизмы. Однако молочнокислые микроорганизмы, участвующие в созревании достаточно устойчивы к изменению среды, в частности, к повышенным концентрациям соли. Они нормально развиваются в среде, имеющей концентрацию соли до
6,5%. Общее количество таких микроорганизмов уменьшается при концентрациях соли 10% и выше [83].
Значительное влияние на репродукцию и развитие микроорганизмов оказывает обезвоживание продукта. В работе [92] приводятся результаты исследования данного вопроса применительно к процессам сушки продуктов микробиологического производства. Отмечается, что исходя из анализа ксе-рограмм (зависимость выживаемости микроорганизмов от влажности продукта) можно считать дегидрационную инактивацию аналогично тепловой, которая соответствует реакции первого порядка.
Константа скорости такой реакции характеризует кинетику суммарной реакции, состоящей из совокупности элементарных процессов, вызывающих летальное повреждение клетки при обезвоживании.В процессе копчения продукт пропитывается антисептическими веществами коптильного дыма, подавляющими развитие микроорганизмов. Однако в значительном количестве коптильные вещества проникают только в поверхностные слои фарша, а в толще колбасных батонов их концентрация обычно в 10-15 раз ниже. Следовательно, коптильные вещества играют второстепенную роль в подавлении жизнедеятельности микрофлоры фарша. Бактерицидный эффект копчения заключается главным образом в создании бактерицидной зоны на поверхностных участках продукта, защищающей его от проникновения и размножения микроорганизмов извне.
Для ускорения роста и репродукции микроорганизмов, участвующих в процессе созревания, в мясное сырье вводят растворы различных углеводов. Количество вносимого сахара в фарш сырых колбас зависит от свойств исходного сырья и рецептуры продукта. При обычной технологии рекомендуется добавлять в фарш 0,2 - 0,5% сахара. При высокой микробной обсеме-ненности сырья необходимо быстрое снижение рН для торможения роста патогенной микрофлоры. В этих случаях в фарш добавляют сахара от 0,6 до 1% и более.
Влияние на качество ферментируемых колбас лактозы исследовалось авторами работы [118]. Оценивались преимущества действия различных углеводов (лактоза, глюкоза, и смесь лактозы с глюкозой) при концентрации от О до 6% в сочетании с различными заквасками стартовых культур промышленного производства. Контролировались следующие качественные показатели: органолептические свойства, общая численность аэробных и молочнокислых бактерий, стафилококков и микрококков, значение рН, активность воды, потери массы, а также остаточное количество лактата, ацетата и общих Сахаров. Установлено, что сочетание 2 или 4% лактозы и 1% сахарозы и молочнокислыми культурами является наилучшим. Ферментированные колбасы с такими добавками имели более высокие сенсорные оценки, меньшую активность воды, потери массы, по сравнению с колбасами с чистой глюкозой или сахаром.
Образцы с добавлением чистой лактозы и 2% глюкозы, а также без добавления Сахаров и заквасочных культур имели худшие органолептические оценки. Отмечается, что колбасы с добавлением заквасочных культур, имеющих замедленную динамику роста или вообще без добавления стартовых культур, являются продуктами повышенного риска в отношении санитарной безопасности.Бактериальные препараты стартовых культур часто используют совместно с сахаром, солью и пряностями, поэтому необходимо учитывать их действие на активность микроорганизмов. Наличие в рецептуре колбас чеснока и лука оказывает бактерицидное действие, а розмарин и шалфей являются антиокислителями жира и мясопродуктов. Натуральные пряности: гвоздика, кардамон, имбирь, корица, семя сельдерея, содержат марганец, что стимулируют рост бактерий группы L. plantarum и ускоряет гидролиз глюкозы с образованием увеличенного количества молочной кислоты. Внесение в фарш аскорбиновой кислоты 0,25 + 0,5 г/кг повышает стабильность цвета колбас.
На рис. 6. представлена схема развития микробиоценозов в биотехнологических процессах обработки сырокопчёных колбас без учёта взаимодействия популяций, составленная на основе анализа литературных источников.