Исследование изменений мясного сырья в посоле с использованием акустически активированного рассола

Брацихиным А.А. [6] продолжены работы по совершенствованию использования кавитационно-дезинтегрированных и электрохи-мически-активированных (ЭХА) жидких сред, в частности, активации растворов поваренной соли в питьевой воде за счет католиза ЭХА-воды. Автором изучен процесс гидролиза коллагена, доказана целесообразность применения ЭХА-вод в качестве основы для получения водно-жировых эмульсий при производстве цветорегулирующих активированных рассолов с натуральными красителями с пониженным содержанием поваренной соли, показана необходимость оптимизации процесса посола за счет применения тумблирова-ния, определены оптимальные параметры угла наклона, геометрии барабана, а также режима работы.

В последние 15–20 лет проведено большое количество исследовательских работ по изучению методом ЯМР-релаксации качества мясных продуктов и, особенно, влагосвязывающей способности [10, 14]. В этих работах показано, что вода в мышце или в мясе подразделяется на 2–3 фракции, каждая из которых соответствует определенной локализации. ЯМР-релаксационные характеристики (времена спин-спиновой релаксации Т2), соответствующие каждой фракции, позволяют оценивать как молекулярную подвижность воды в этой фракции, так и количественное перераспределение воды между фракциями. Было определено [11], что наиболее быстрые времена релаксации (Т2b) 0–10 м/с характеризуют воду, наиболее тесно связанную с макромолекулами, промежуточные значения (Т21) 30–50 м/с представляют собой релаксационные характеристики воды внутри высокоорганизованных протеиновых структур, т. е. вода в третичной и четвертичной протеиновой структуре актиномиозинового комплекса (вода внутри миофибрилл). И, наконец, наиболее медленные времена релаксации (Т22) 100–300 м/с характеризуют воду вне миофибриллярной сети. Появившиеся в печати работы по изучению методом ЯМР релаксации состояния воды в мясе при непосредственном ультразвуковом воздействии [16] показали перспективность такого рода исследований.

Исследованиями, проведенными ранее, по использованию эффектов кавитации в технологии молочных продуктов Красулей О.Н., Потороко И.Ю., Кочубей-Литвиненко О.В. и Мухаметдиновой А.К. [7–9] доказано благоприятное влияние ультразвуковых эффектов на развитие симбиотической закваски и улучшение потребительских достоинств ферментированных молочных продуктов.

Изложенное выше показывает, что изучение влияния сонохимических воздействий при посоле цельномышечных мясопродуктов из свинины не проводилось. Поэтому целью настоящей работы явилось изучение возможности использования активированных рассолов (за счет применения акустической кавитации) при посоле цельномышечных мясопродуктов из свинины.

Объекты и методы исследования

В качестве объекта исследований использовали свинину полужирную в охлажденном состоянии. Химический состав сырья и его показатель активной кислотности (рН) представлены в табл. 1.

Насыщенный раствор поваренной соли (соотношение поваренной соли к воде составляло 1:3) подвергали (опыт ) /или не подвергали (контроль) ультразвуковому воздействию частотой 20 кГц и мощностью 40 % от паспортной в промышленной установке типа РКУ с пьезокерамическим излучателем (рис. 1) и получали активированный рассол.

Для изучения процесса кинетики посола цельномышечных образцов свинины использовались рассолы с различной концентрацией хлористого натрия (3, 4 и 5 % NaCl). Образцы свинины заливали рассолами с различной концентрацией поваренной соли, выдерживали в посоле в течение 5 суток в условиях бытового холодильника (при 4 °С) и проводили изучение объективных характеристик сырья (рис. 2).

Для оценки эффективности посола с применением активированных жидких пищевых сред использовались следующие методы исследования. Микроструктурные исследования

Таблица 1

Характеристика объектов исследования

Образец для исследования	Содержание массовой доли, %
	влаги	жира	белка	золы
Свинина полужирная (рН = 6,28; 6,4; 6,35)	70,5 ± 5,3	5,25 ± ,2	23,1 ± 2,8	1,15 ± 0,21

Рис. 1. Промышленная установка для обработки жидких пищевых сред (рассола)

Рис. 2. Цельномышечные образцы свинины полужирной, залитые рассолом с различной концентрацией поваренной соли: нижний ряд – рассол неактивированный (контроль); верхний ряд – рассол активированный (опыт)

проводили по ГОСТ 19496-1993 «Мясо. Метод гистологического исследования». Образцы фиксировали в 15 % нейтральном растворе формалина в течение 48 ч. После завершения фиксации образцы промывали проточной водой, срезы изготавливали на замораживающем микротоме-криостате толщиной 20 мкм. Для дифференциации структурных элементов срезы окрашивали гематоксилином Эрлиха с последующей окраской 1 % раствором эозина. Исследования проводили с помощью системы анализа изображений Мotik (КНР) при увеличении 360 раз.

Определение химического состава проводили по ГОСТ Р 51479-99 «Мясо и мясные продукты. Метод определения массовой доли влаги», ГОСТ 23042-86 «Мясо и мясные продукты. Методы определения жира», ГОСТ 25011-81 «Мясо и мясные продукты. Методы определения белка».

Определение влагосвязывающей способности методом прессования по Г. Грау и Р. Хамм в модификации В.П. Воловинской и Б.И. Кельман [11]. Определение показателя активной кислотности (рН) – по ГОСТ Р 51478-99 (ИСО 2917-74) [12]. Микробиологические исследования проводили по: ГОСТ

10444.15-94, ГОСТ 52816-2007, ГОСТ 2918591, ГОСТ 52814-2007.

Определение ЯМР-релаксационных характеристик воды в образцах мяса проводилось на приборе «Миниспек РС-120» фирмы Брукер (Германия), работающем на частоте 20 мГц. Образцы помещались в 10 мм ампулу и герметически закрывались для предотвращения испарения. Измерения проводились при температуре 25 °С. Время спин-спиновой релаксации (Т2) протонов определялось с использованием импульсной последовательности Карра–Парселла–Мебиума– Гилла (КПМГ) при следующих условиях: длительность 90º импульса – 2,3 мкс, τ – время между 90° и 180 °С импульсами – 100 мкс, n – количество точек на кривой спада – 150. Накопление – 16 сканов, задержка между сканами – 5 с, каждый образец измерялся трижды. Полученные кривые спада поперечной намагниченности анализировались с помощью программы многоэкспоненциального разложения MULTIT2 (Брукер). Относительная ошибка релаксационных измерений не превышала 6 %.

Результаты исследований

Для определения особенностей распространения рассола с различной концентрацией хлористого натрия (3–5 %) в глубокие слои мышечной ткани проводили измерение диаметра мышечных волокон. Изменение степени набухания волокон под действием рассолов служило косвенным показателем проникновения рассола в глубокие слои мышечной ткани и позволяло установить влияние рассолов на структуру мышечной ткани в зависимости от ее концентрации.

При использовании рассола (контроль) и последующей выдержке в посоле мясного сырья отмечали очень медленное, идущее вглубь послойное развитие микроструктурных изменений, характерных для соленого мяса.

Гистологические исследования показали, что при посоле мяса микроструктурные изменения мышечных волокон и соединительной ткани происходят постепенно в определенной последовательности. Рассол распределялся по рыхлой соединительной ткани, раздвигая мышечные пучки и отдельные волокна. В дальнейшем под действием солевого раствора развивается набухание мышечных волокон и соединительнотканных волокнистых элементов. Мышечные волокна на поперечном срезе приобретают округлую форму, плотно прилегают друг к другу. Поперечная исчерченность мышечных волокон постепенно ослабевает, ядра подвергаются пикнозу и становятся гомогенными. Деструктивные изменения мышечных волокон характеризуются постепенным образованием поперечных микротрещин и щелевидных пространств с последующей фрагментацией миофибриллярных структур под действием собственных ферментов. В участках поперечно-щелевидных трещин, между мышечными пучками и волокнами, а также в рыхлой соединительной ткани формируется мелкозернистая масса, количество которой увеличивается с возрастанием срока хранения посоленного мяса. При этом установлена зависимость степени набухания мышечных волокон от концентрации посолочного рассола. Повышение концентрации хлорида натрия в посолочном рассоле от 3 до 5 % способствует более интенсивному формированию микроструктурных показателей, свойственных соленому мясу.

Полученные результаты свидетельствуют, что при экспозиции мясного сырья в рассоле с содержанием 3 % поваренной соли уже на 1 сут рассол проникает на глубину 1,5 см, на 4-е сутки рассол распространился на всю глубину мышцы. Посолочный рассол с содержанием 4 % на 1 сут посола проник на глубину 2,0 см, на 4-е сутки рассол распространился на всю глубину мышцы. Посолочный рассол с содержанием 5 % на 1 сут посола проник на глубину 4,0 см.

Результаты микроструктурного исследования образцов после посола и в процессе хранения представлены в табл. 2.

Данные показывают, что рассолы с различным содержанием хлорида натрия обла-

Таблица 2

Изменение диаметра мышечных волокон в процессе посола мясного сырья

Слои мышечной ткани от поверхности, см Диаметр мышечных волокон образцов, мкм при содержании соли в рассоле, % 3 % 4 % 5 % контроль опыт контроль опыт контроль опыт Через 1 сутки 1 см 38,8 38,8 46,8 46,8 48,8 48,8 4 см 37,3 37,3 37,4 37,4 37,4 37,4 Через 2 суток 1 см 46,5 41,6 51,1 56,4 68,0 61,8 4 см 37,3 39,8 37,4 48,6 39,8 56,0 Через 3 суток 1 см 57,7 57,0 69,6 64,3 73,8 83,3 4 см 39,0 47,1 39,6 51,7 40,4 70,0 дают различной скоростью распространения от поверхности вглубь мышечной ткани – чем выше концентрация рассола, тем интенсивнее процесс проникновения посолочных веществ в образцы. Причем, темп их проникновения усиливается после 1 сут хранения. Результаты измерений содержания влаги и влагосвязывающей способности мясного сырья в процессе посола приведены в табл. 3.

Таким образом, анализ полученных данных показал, что фактически на 4-е сутки экспозиции мясного сырья в рассоле (контроль), последний распространился на всю глубину образцов независимо от концентрации поваренной соли в нем.

Аналогично контрольным, в опытных образцах при выдержке в посоле мясного сырья отмечали постепенное, идущее вглубь послойное развитие микроструктурных изменений, характерных для соленого мяса. Полученные результаты свидетельствуют, что при экспозиции мясного сырья в рассоле с содержанием 3 % поваренной соли уже на 1 сут рассол проникает на глубину 3,0 см, на 2-е сутки рассол распространился на всю глубину мышцы. Рассол с содержанием 4 % поваренной соли на 1 сут посола проник на всю глубину мышцы. При дальнейшем хранении в мышечной ткани активно развиваются деструктивные изменения, выражающиеся образованием микротрещин и узких щелевидных нарушений целостности волокон. Рассол с содержанием 5 % поваренной соли на 1 сут посола проникает на всю глубину мышцы. При этом в поверхностных слоях мышечные волокна значительно набухают и приобретают округлую форму. Деструктивные изменения в виде поперечных нарушений целостности мышечных волокон развиваются на 2–3 сутки посола. В глубоких слоях мышцы мышечные волокна набухшие, плотно прилегают друг к другу.

Результаты сравнительного анализа (см. табл. 3) показывают, что темп проникновения посолочных веществ, содержащихся в рассоле, подвергнутом акустическому воздейст-

Таблица 3

Содержание влаги и влагосвязывающая способность мясного сырья в посоле

Наименование образца Содержание массовой доли влаги, % Влагосвязывающая способность, % контроль опыт № 1 (0 сут посола 3 %) 73,20 78,90 79,00 № 2 (0 сут посола 4 %) 73,23 79,99 80,11 № 3 (0 сут посола 5 %) 73,32 80,40 80,65 № 4 (1 сут посола 3 %) 73,57 82,86 80,6 № 5 (1 сут посола 4 %) 74,22 84,46 81,4 № 6 (1 сут посола 5 %) 74,93 86,37 81,9 № 7 (2 сут посола 3 %) – – 84,7 № 8 (2 сут посола 4 %) – – 83,2 № 9 (2 сут посола 5 %) – – 85,5 № 10 (3 сут посола 3 %) 73,91 86,73 88,3 № 11 (3 сут посола 4 %) 74,51 86,90 87,9 № 12 (3 сут посола 5 %) 74,91 87,96 88,9 № 13 (4 сут посола 3 %) – 91,15 93,1 № 14 (4 сут посола 4 %) – 91,45 91,5 № 15 (4 сут посола 5 %) – 92,10 92,7 № 16 (5 сут посола 3 %) 74,68 92,48 95,4 № 17 (5 сут посола 4 %) 75,16 92,49 94,5 № 18 (5 сут посола 5 %) 75,33 95,44 96,3 вию, в цельномышечные образцы свинины полужирной, выше, по сравнению с необработанным рассолом, что указывает на более высокую интенсивность диффузионно-осмотических процессов в опытных образцах по сравнению с контрольными.

Анализ полученных данных показал, что фактически на 1-е сутки экспозиции мясного сырья в рассоле (опыт) с концентрацией 4– 5 %, последний распространился на всю глубину образцов. Можно утверждать, что применение активированного рассола позволяет сократить выдержку мяса в посоле (в статике, без применения способов интенсификации посола) в 3 раза.

Результаты микробиологических анализов показали, что в образцах свинины, помещенных в необработанный (неактивированный) рассол-контроль, обсемененность выше, чем в образцах свинины, находящихся в среде акустически активированного рассола-опыт. Так, КМАФАнМ в образцах свинины-конт-роль, исходная величина показателя составляла 2×105 КОЕ /г, а при хранении в течение 5 суток в том же рассоле возрастала до 2×106, при этом были отмечены признаки микробиологической порчи (ослизнение) и рост плесеней в количестве 30–40 КОЕ /г.

В образцах свинины-опыт, КМАФАнМ снизилось до уровня 2×103 КОЕ /г (исходная величина) и при хранении в течение 5 суток возрастало до 2×104 КОЕ /г, что на 2 порядка ниже по сравнению с контролем. Однако в опытных образцах не наблюдалось признаков ослизнения и других признаков микробиологической порчи, а по внешнему виду они соответствовали категории «свежее» мясо. Во всех исследованных образцах не обнаружены БГКП (колиформы в 0,1 г), сульфитредуци-рующие клостридии (в 0,1 г) и патогенные Salmonella (в 25 г).

Результаты изучения релаксационных характеристик воды с применением метода ЯМР показали, что основная масса воды в мясе распределена между фракциями с временами Т12 и Т22, а количество воды со временем Т2b составляет незначительное количество и, по результатам многих исследований, слабо подвержена изменениям. Поэтому нами определялись магнитно-релаксационные характеристики лишь для фракций внутри- (Т12) и внефибрилярной (Т22) воды. Результаты оп- ределения представлены в табл. 4. Обращает на себя внимание то, что значения Т21 опытных образцов не отличаются от Т21 контроля в течение всего времени посола и не зависят от концентрации NaCl в растворе. Многими авторами установлена строгая корреляция между значениями Т21 и влагосвязывающей способностью мяса. В нашем опыте значения влагосвязывающей способности в опыте и контроле не выявили систематических различий (см. табл. 4), что подтверждает корреляцию между Т21 и влагосвязывающей способностью.

Величина Т22 в опыте имеет постоянное превышение над контролем, т. е. вода, находящаяся во внемиофибрилярном пространстве опытных образцов, более подвижна и характеризуется более слабым взаимодействием с макромолекулярными структурами. Эта вода может находиться в нескольких областях: в саркоплазме, в пространстве между миофибриллами, межфибриллярном и межфазику-лярном пространстве. Она характеризуется капиллярным расположением в клетках, где она удерживается межмолекулярными силами и может переходить в более мобильное состояние при небольших физических изменениях. Все это пока затрудняет однозначное объяснение увеличения Т22 воздействием рассола, подвергнутого ультразвуковой обработке. Исследования в этом направлении продолжатся.

Проведенные исследования позволили установить, что использование активированного рассола положительно влияет на кинетику посола, позволяет существенно сократить длительность выдержки цельномышечного сырья в посоле за счет повышения интенсивности диффузионно-осмотических процессов, обеспечивает равномерное распределение рассола по всему объему мышечной ткани, а также способствует развитию в ней деструктивных изменений, свойственных соленому мясу в более ранние сроки выдержки в посоле.

Кроме того, применение рассолов, подвергнутых акустической кавитационной обработке, позволяет снизить микробиальную об-семененность и продлить срок хранения без применения консервантов, и, таким образом, обеспечить микробиологическую безопасность мясных продуктов.

Таблица 4

Времена спин-спиновой релаксации Т21, Т22 и относительный вклад фракций воды при посоле мяса

NaCl	Т2	2 часа	24 часа	48 часов		72 часа		96 часов
		опыт	опыт	опыт	контроль	опыт	контроль	опыт	контроль
3 %	Т22 мс вклад %		99,2 – 12 %	241 – 35 %	134,2 – 39 %	283,5 – 41 %	173,8 – 42 %	300,2 – 32 %	221,8 – 33 %
	Т21 мс вклад %	47,9 100 %	43,1 – 88 %	58,1 – 65 %	56,3 – 61 %	50,4 – 59 %	48,7 – 58 %	48,7 – 68 %	53,2 – 67 %
4 %	Т22 мс вклад %		93,8 – 14 %	196,2 – 45 %	127,0 – 45 %	254,2 – 43 %	190,6 – 42 %	306,4 – 34 %	202,6 – 33 %
	Т21 мс вклад %	53,8 100 %	49,3 – 86 %	54, 6 – 55 %	58,4 – 55 %	56,3 – 57 %	51,7 – 58 %	62,1 – 66 %	51,9 – 54 %
5 %	Т22 мс вклад %		101,2 – 15 %	184,3 – 42 %	119,4 – 44 %	268,9 – 37 %	177,4 – 52 %	312,7 – 35 %	211,5 – 44 %
	Т21 мс вклад %	50,6 100 %	52,4 – 85 %	46,1 – 58 %	51,3 – 56 %	59,1 – 62 %	44,6 – 48 %	56,7 – 65 %	56 2 – 56 %