Лекция 5. Биотехнология при производстве ферментированных мясных продуктов

БИОХИМИЧЕСКИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ
ПРОИЗВОДСТВЕ ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ МЯСНЫХ ПРОДУКТОВ
Биохимические процессы при производстве ферментированных
мясных продуктов
В большинстве технологий ферментированных мясных изделий
предполагается обезвоживание сырья, при этом глубина обезвоживания
существенно зависит от вида изделий и предполагаемых сроков хранения.
При производстве ферментированных изделий из мяса типа пармской
ветчины и испанских окороков - хамона и серано, потери влаги осознанно
ограничивают несколькими процентами, для чего при подготовке сырья
оставляют шкуру и/или поверхностный жир, который препятствует
нежелательной потере влаги. При производстве ферментированных колбас
мажущейся консистенции также потери влаги составляют несколько
процентов, но это, в отличии от производства окороков, обеспечивается
кратковременностью процесса.
При производстве же большей части ферментированных колбас, как
полусухих, так и сухих, потери массы изделий в процессе обезвоживания
(преимущественно конвективной сушки) составляют от 10 % до 50 % к массе
исходного продукта. При этом потери влаги в разной мере происходят на всех
стадиях термической обработки - осадке, копчения и/или созревания и последующей сушки.
Осадка является первой стадией термовлажностной обработки батонов
сырых колбас. При осадке происходит подсушка оболочки, созревание фарша,
его уплотнение и фиксация окраски, обусловленная ферментативными и
микробиальными процессами. В процессе осадки сырых колбас происходит
постепенное обезвоживание содержимого колбасного батона, некоторое
снижение величины рН, понижение показателей липкости,
влагоудерживающей способности, происходит гидролитический распад
белков с увеличением количества свободных аминокислот и полипептидов.
Обычно рекомендуют перед проведением осадки произвести в течение
нескольких часов темперирование колбасного полуфабриката при небольшой
относительной влажности парогазовой среды. Это дает возможность
подсушить поверхность колбасного батона и снизить риск выпадения на нем
конденсата.
Осадка делится на два вида: теплую и холодную. Холодная осадка,
проводимая при температуре 0...4 °С, обеспечивает большую плотность и
монолитность батона и более интенсивную окраску. Продолжительность ее
составляет до 5... 7 суток. Относительная влажность парогазовой среды
поддерживается на уровне 85-95 %, а скорость ее движения следует
поддерживать на уровне 0,1...0,5 м/с.
Следует отметить, что применяемые при холодной осадке температуры
ниже минимальных значений для роста молочнокислых микроорганизмов
стартовых культур, которые составляют 10.. .12 °С. Следовательно, стартовые
культуры при таких условиях еще неработают. Существенно замедлены при
проведении холодной осадки и биохимические процессы.
При теплой осадке существенно интенсифицируются процессы
ферментации, при ней эффективнее работают стартовые культуры и быстрее
идет окисление фарша. Теплая осадка проводится в течение 8...72 часов при
температуре от 15 до 25 °С. Но в то же время в некоторых технологиях, в
частности американских, температура при осадке и созревании может быть
выше и достигать 38 и даже 43 °С. Следует отметить, что эти значения
температуры достаточно близки к оптимальным для большинства штаммов
стартовых культур (30...37 °С). Иногда теплая осадка сопровождается
кратковременным копчением и (или) прессованием.
На стадии осадки и вначале созревания нежелательны большие
влагопотери колбасного полуфабриката: обычно их ограничивают 2...3 % к
массе в сутки. Большие значения их могут привести к негативным
последствиям. Во-первых, повышается риск образования закала, то есть
образования пересушенного внешнего слоя батона, который препятствует
переносу влаги из внутренних слоев продукта к зоне испарения. Это в
значительной мере связано с достаточно высокими значениями показателя рН
фарша на этой стадии (рН = 5,5...5,8) и, следовательно, относительно высокой
его влагосвязывающей способностью, что снижает коэффициент диффузии
влаги. Образование закала ведет к повышенным значениям влажности в
сердцевине продукта, возможности закисания фарша, расслоению батона в
поперечном сечении с образованием пустот и нарушению хода естественного
процесса созревания колбасы. Во-вторых, чрезмерное снижение значений
показателя ав может привести к угнетению на этом ответственном этапе
активности молочнокислой микрофлоры бактериальных препаратов, в
первую очередь лактобацилл. Это связано с тем, что оптимум
жизнедеятельности их находится в диапазоне ав от 0,97 до 0,95, близком к
параметрам ав исходного фарша.
Осадку желательно проводить в камерах с регулируемыми
термовлажностными режимами.
Копчение - один из древнейших способов повышения
микробиологической стабильности пищевых продуктов при хранении.
Консервирующий эффект основывается на снижении влажности и активности
воды, а также бактериостатическом действии ряда компонентов дыма,
проникающих в фарш, прежде всего фенолов и кислот.
При копчении происходят значительные потери влаги - в сутки до 3 % и
даже более. При копчении сырокопченых колбас снижается эластичность и
влагосвязывающая способность фарша; значительно снижается его липкость,
что указывает на существенные денатурационные изменения белковых
веществ в процессе копчения. Копчение приводит к некоторому снижению
показателя рН, в основном за счет проникновения в фарш из дыма ряда
кислот, прежде всего пропионовой, янтарной и уксусной.
При холодном копчении изменения миоглобина ведут к появлению
вишнево-красной окраски. Это обусловлено тем, что содержащаяся в дыме
закись углерода (СО), способствует образованию СО-миоглобина, имеющего
яркую окраску.
Жиры, содержащиеся в фарше при копчении, активно сорбируют
компоненты коптильного дыма. В результате антиокислительного действия
фенолов в жирах затормаживается протекание окислительных реакций.
Продукты взаимодействия фенолов с радикалами жиров имеют характерный
привкус, что вносит специфический оттенок во вкусоароматические
ощущения.
При анализе образования специфического аромата и вкуса следует
различать аромат коптильного дыма и аромат и вкус копченого мяса. Аромат
коптильного дыма зависит от вида древесины и условий получения дыма.
Установлено, что основой аромата коптильного дыма являются следующие
вещества и композиции: гваякол, метилгваякол, пирокатехин, сирингол,
ванилин, циклотен и некоторые другие.
Следует отметить, что аромат и вкус готового копченого продукта - это
следствие совместного взаимодействия компонентов дыма, продукта и
веществ, образующихся в результате реакций компонентов дыма друг с
другом, а также с компонентами продукта. Существенный вклад в аромато- и
вкусообразование сырых колбас вносят биохимические превращения фарша
под действием прежде всего липаз, а также протеаз.
Характеристику аромату и вкусу копченых продуктов пока можно дать
только методами дегустационного анализа (органолептической оценки), так
как инструментальные методы до настоящего времени не могут в полной мере
охарактеризовать всю вкусоароматическую ситуацию.
В отечественной мясной промышленности копчение традиционно
подразделяют на "холодное" (18...22 °C) и "горячее" (35...50 °C). При
производстве ряда вареных мясопродуктов применяется обработка дымом с
более высокой температурой (до 85...90 °С) - это так называемая обжарка.
Температура является одним из важнейших факторов производства
сырых колбас. При этом следует учитывать несколько аспектов. Так,
вследствие биотехнологической природы большинства важнейших процессов
от величины температуры зависит развитие как позитивно технологической
микрофлоры, так и негативно технологической, а также скорость протекания
биохимических изменений, которая обычно уменьшается со снижением
температуры при умеренных ее значениях.
Микробиологические процессы при производстве ферментированных
мясных продуктов
Наиболее важным фактором внешней среды, определяющим
жизнедеятельность микроорганизмов, является температура. Развитие
микробов возможно только при определенных температурах, которые
неодинаковы для различных видов и групп микроорганизмов. Для каждого
вида микробов существуют три температурные границы (кардинальные
температуры), в пределах которых они способны развиваться: оптимальная,
минимальная и максимальная.
Оптимальная температура - температура, при которой микроорганизмы
растут и размножаются наиболее интенсивно, соответствует так называемой
«физиологической норме микробов».
Минимальной температурой считается такая температура, ниже которой
микроорганизмы не способны развиваться. Клетки переходят в состояние
анабиоза: их жизненные функции прекращаются, однако они
восстанавливаются при соответствующих температурных условиях и наличии
питательного субстрата.
Максимальная температура является предельной, выше которой рост
микроорганизмов не происходит. Жизненные функции клеток ослабляются,
или же они могут погибнуть совсем.
Таким образом, при минимальной и максимальной температурных
границах еще возможно слабое развитие микроорганизмов (замедленный рост
и размножение), а за их пределами оно полностью прекращается. Для разных
видов микроорганизмов эти температурные границы неодинаковы. Поэтому
они условно подразделяются на три физиологические группы: психрофилы,
мезофилы и термофилы.
Кардинальные температуры могут быть сдвинуты в ту или иную сторону
под влиянием других факторов существования микроорганизмов. Например,
в южных районах некоторые бактерии (молочнокислые и др.) имеют более
высокий температурный оптимум роста, чем такие же виды микроорганизмов
в средней полосе и северных районах. Это свидетельствует о широкой
приспособляемости микроорганизмов.
Психрофильные микроорганизмы развиваются при относительно
низких температурах. К данной группе условно относятся все
микроорганизмы, которые хорошо растут при 0 °С в пределах двух недель и
имеют продолжительность генерации в логарифмической фазе роста при этой
температуре не более 48 ч.
Температурный оптимум различных представителей группы
психрофилов неодинаков. Существует много микроорганизмов (некоторые
гнилостные бактерии, плесени, дрожжи), имеющие оптимальную температуру
развития 25...30 °С, но довольно быстро размножающиеся также при
температуре, близкой к 0 °С.
К психрофильным микроорганизмам относятся светящиеся бактерии,
железобактерии, некоторые виды неспоровых гнилостных бактерий,
плесневых грибов, дрожжей, актиномицетов.
Мезофильные микроорганизмы хорошо развивающиеся при средних
температурах (10...45 °С), являются наиболее распространенной и самой
многочисленной группой. В нее входит большинство сапрофитных микробов
(гнилостные бактерии, возбудители молочнокислого и других типов
брожения, дрожжи, плесневые грибы, актиномицеты и др.), а также все
патогенные микроорганизмы.
Термофильные микроорганизмы размножаются при относительно
высоких температурах. Температурные границы представителей этой группы
неодинаковы.
Кроме термофильных при высоких температурах могут развиваться
некоторые виды мезофильных микроорганизмы (факультативные термофилы
или термотолерантные мезофильные виды), которые имеют температурный
оптимум развития 25...37 °С, но могут расти и при 55 °С.
Высокие и низкие температуры по-разному влияют на микроорганизмы.
Низкие температуры, т.е. температуры, лежащие ниже температурного
минимума развития (особенно низкие положительные, т.е. выше 0 °С), обычно
не вызывают гибели микроорганизмы. При низких температурах происходит
замедление или полное прекращение процессов обмена веществ микробных
клеток с внешней средой, вследствие чего прекращаются их рост и
размножение. Жизнеспособность многих микроорганизмы сохраняется даже
при температуре, близкой к абсолютному нулю.
Отмирание микроорганизмов при низких температурах возможно
вследствие их старения или голодания во время длительного нахождения в
состоянии анабиоза. При температуре ниже 0 °С (замораживание)
разрушающее действие на микроорганизмы оказывают кристаллы льда и
повышенное осмотическое давление, создающееся в клетке при замерзании
воды. Губительно действуют на микробы повторное замораживание и
оттаивание.
При высоких температурах, т.е. температуре выше максимальной, резко
ослабляются жизненные функции клеток, так как уменьшается
ферментативная активность и нарушаются осмотические процессы,
протекающие в клетках. При дальнейшем повышении температуры
происходят необратимые изменения (денатурация белков цитоплазмы,
инактивация ферментов) и микроорганизмы теряют жизнеспособность.
В то же время кинетика тепломассообменных процессов тесно связана с
температурой: при ее повышении интенсивность этих процессов повышается,
хотя влияние изменения температуры на эти процессы в диапазоне ее
умеренных значений не столь значительно по сравнению с относительной
влажностью и скоростью движения парогазовой среды.
Конкурирующая микрофлора. Первой предпосылкой безупречного
проведения процессов изготовления сырых колбас является применение
мясного сырья с низкой бактериальной обсемененностью, в результате чего
можно обеспечить низкую обсемененность колбасного фарша. Следует
отметить, что требования к мясному сырью СанПиН 2.3.2.1078-01
"Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых
продуктов", совпадают с этой оценкой - количество мезофильных аэробных и
факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) должно
составлять не более 5*106 КОЕ/г.
Качественный состав микроорганизмов в фарше ферментированных
колбас многообразен и наряду с нежелательными, в фарше изначально
имеется определенное количество позитивно технологических
микроорганизмов, в том числе молочнокислых бактерий, стафилококков,
микрококков, доля которых в ассоциации микроорганизмов отформованного
колбасного батона составляет от 10 % до 50 %. Внесение в фарш
бактериальных препаратов существенно меняет микробную ситуацию в
колбасном полуфабрикате на всех стадиях производства колбас. Считается,
что не только при высокой, но и при слишком низкой микробной
обсемененности мясного сырья могут возникнуть проблемы с желаемым
ходом процесса созревания сырых колбас. В этих случаях предполагается
обязательное использование "стартовых культур". При небольшом количестве
в мясном сырье собственных позитивно технологических микроорганизмов,
внесение бактериального препарата компенсируют этот недостаток. При
слишком большой микробной обсемененности мясного сырья, использование
стартовых культур повышает конкурентоспособность позитивно
технологических микроорганизмов и создает предпосылки для желаемого
изменения качественного и количественного состава в процессах осадки,
копчения и созревания-сушки.
Микробы, входящие в состав стартовых культур обеспечивают
подавление развития негативно технологических микроорганизмов
следующим образом:
- снижением показателя рН;
- продуцированием молочной кислоты;
- продуцированием уксусной кислоты;
- конкуренцией за питательный субстрат;
- продуцированием перекиси водорода;
- продуцированием бактериоцинов и антибиотиков.
В этой связи следует отметить следующие моменты. Снижение рН и
образование молочной кислоты в процессе созревания сырых колбас
определяется, прежде всего, составом бактериального препарата и
качественным и количественным составом применяемых углеводов и других
компонентов рецептуры. Используемые режимы, особенно температура,
также влияют на ход кислотообразования и снижения показателя рН.
Молочнокислые бактерии в процессе их жизнедеятельности
вырабатывают ряд специфических метаболитов белкового и небелкового
происхождения, тормозящих развитие других видов микроорганизмов -
бактериоцины и антибиотики.