Удосконалення технології м'ясомістких продуктів подовженого терміну зберігання із використанням цільової ферментації

Abstract

Мета і задачі дослідження. За мету роботи було поставлено розробку та удосконалення рецептур м’ясомістких напівфабрикатів із використанням протеази мікробіологічного походження, дослідити процеси ферментативного протеолізу білків м’ясної та рослинної сировини. У зв’язку з цим було поставлено наступні завдання: 1. Провести аналіз літературних джерел та визначити перспективні види м’ясної та рослинної сировини для ефективного підвищення функціонально- технологічних характеристик під впливом протеаз мікробіологічного походження. Встановити оптимальні режими ферментативної обробки сировини (послідовність, температуру та час проведення ферментативної обробки, а також концентрацію внесеної протеази). Дослідити вплив протеолітичної обробки за допомогою протеаз Aspergillus niger на якісні характеристики м’ясомістких продуктів при високотемпературних режимах обробки. Дослідити можливість спільного використання протеаз Aspergillus niger з протеазами рослинного походження – папаїном та протеазою мангольда при обробці м’ясо-рослинних модельних фаршевих систем. Порівняти різні методи вимірювання вологозв’язуючої здатності сировини та готової продукції для оцінки ефективності протеаз. Розробити практичні рекомендації щодо виробництва м’ясомістких напівфабрикатів із застосуванням протеаз мікробіологічного походження. Дослідити вплив використання цільової ферментації на терміни зберігання м’ясомістких напівфабрикатів та мікробіологічні показники розроблених продуктів. Наукова новизна одержаних результатів. Вперше досліджено вплив протеази Aspergillus niger на функціонально- технологічні показники нуту та сочевиці при ферментативній обробці даною протеазою суміші рослинної сировини та м’яса курчат бройлерів та встановлено низьку ступінь впливу протеази Aspergillus niger на функціонально-технологічні характеристики яловичини; Вперше досліджено взаємодію протеази Aspergillus niger із папаїном та ферментом (протеазою) мангольда та встановлено оптимальні режими значень рН середовища і термічного оброблення для підвищення функціонально- технологічних характеристик комбінованої системи м’ясомістких продуктів. Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці рецептур м’ясомістких напівфабрикатів а також рекомендацій щодо застосування протези Aspergillus niger в технології різних видів м’ясопродуктів. Проведено оптимізацію режимів термічної обробки напівфабрикатів згідно різних її видів (включаючи обсмажування у фритюрі), а також підібрано оптимальні види сировини, які можуть застосовуватись на етапі підготовки рослинного субстрату. На базі отриманих результатів розроблено зміни в ТУ У 15.1- 19492247-021-2004. Розроблена технологія дозволяє знизити собівартість виробництва напівфабрикатів м'ясомістких на 9,7%. У першому розділі наведено аналіз літературних джерел за темою роботи, а саме – огляд можливостей щодо ролі та використання протеаз мікробіологічного походження у технології м’ясних та м’ясомістких продуктів. Роль протеаз мікробіологічного походження у м'ясопереробній промисловості досі залишається однією з слабко досліджених областей наукового пошуку. В перспективі застосування цієї категорії ензимів окрім здешевлення ферментної сировини та спрощення процесів її підготовки може також дозволити більш широке регулювання технологічних властивостей готової продукції, виходячи з широкого переліку видів мікроорганізмів, що продукують відповідні види протеаз. В другому розділі роботи обрано методики для дослідження характеристик сировини та готової продукції, а також методи постановки та інтерпретації експериментів. Серед наведених методів дослідження фізико- хімічних характеристик сировини та готових продуктів, а також методів дослідження функціонально технологічних характеристик обрано вимірювання вологозв’язуючої здатності методами пресування та центрифугування, вимірювання рН водної витяжки продукту потенціометричним методом, вимірювання пластичності сировини та готового продукту методом пресування, вимірювання напруження зсуву та динамічної в’язкості продукту на ротаційному віскозиметрі, а також методи органолептичної оцінки готових продуктів. Вибір методу пресування в якості основного методу визначення вологозв’язуючої здатності обумовлений його простотою та універсальністю. Метод пресування під дією зовнішніх сил на фільтрувальної папері є найбільш широко розповсюдженим та високо оцінюється більшістю експертів за його простоту та універсальність. При статистичній обробці результатів керувались рівняннями регресійного аналізу, які отримували внаслідок обробки результатів експериментів, побудованих за планами повнофакторного експерименту. В третьому розділі наведено дослідження фізико-хімічних та функціонально-технологічних характеристик сировини в процесі ферментативної обробки. Спосіб проведення ферментативної обробки. Зважаючи на те, що раніше визначено застосовувані режими ферментації сировини (як м'ясної, так і рослинної), а також те, що дані режими є оптимальними для обох видів сировини, варто перевірити гіпотезу про можливість одночасної ферментативної обробки всієї сировини. Потенційні переваги даного підходу є очевидними – економія часу та ресурсів на етапі підготовки сировини, а також відсутність потреби у перерахунку кількості внесеного ферментативного препарату окремо для м'ясної та рослинної сировини. Термічна обробка напівфабрикатів може проводитись різними методами, особливо з точки зору досягнутої стерильності готового продукту. Застосування тривалої (понад 1,5 години) термічної обробки при температурах діапазону 72-85ºС при застосуванні комбінованого гідролізату протеолітичного походження на основі сої веде до утворення специфічних органолептичних характеристик та притаманного бульйону смаку, що широко використовується для підсилення характеристик м'ясомістких продуктів. Зважаючи на дане застосування рослинних гідролізатів, можна припустити, що при застосування досліджуваної протеази в поєднанні з тривалою термічною обробкою відбудеться підвищення органолептичних характеристик завдяки досягненню аналогічного ефекту. Також, даний тип обробки дозволяє забезпечити достатній рівень летального впливу тепла на мікрофлору комбінованої сировини напівфабрикату, подовжуючи таким чином терміни зберігання готового продукту. До потенційних недоліків застосування такого методу обробки можна віднести низький вихід готового продукту, надмірну жорсткість, а також можливість виникнення дефектів реологічних характеристик продукту (крихкість). Другим підходом до проведення термічної обробки є доведення до температури товщі продукту 70-73 ºС, проте дана температура не гарантує повної кулінарної готовності рослинної сировини, що в свою чергу потребує дослідного підтвердження. Для того, щоб покращити органолептичні характеристики та терміни зберігання готового продукту, раціональним є стерилізація або пастеризація напівфабрикату в упакованому стані. Серед двох недоліків даної технології можна назвати дві – необхідність облаштування додаткової ділянки пакування (враховуючи саму складність пакування напівфабрикатів), а також низькі органолептичні характеристики (великою мірою нівелюється перебіг реакції Майяра). У четвертому розділі наведено порівняння властивостей різних видів ферментної сировини, серед яких окрім досліджуваного виду ферментної сировини (протеаза Aspergillus niger) досліджено папаїн та протеазу з мангольда. Доведено можливість використання комбінованої ферментативної обробки протеазою ASPN разом із папаїном та протеазою мангольда. Створено математичну модель взаємодії даних видів ферментів у діапазоні рН фаршевої системи 5,5-7,0. Досліджено терміни зберігання м’ясомістких напівфабрикатів, внаслідок чого встановлено підвищення термінів зберігання розроблених січених напівфабрикатів на 30 % у порівнянні із контрольною рецептурою. The purpose and objectives of the study. The aim of the work was to develop and improve the recipes of meat-containing semi-finished products using a protease of microbiological origin, to investigate the processes of enzymatic proteolysis of meat and vegetable proteins. In this regard, the following tasks were set: To analyze the literature sources and identify promising types of meat and vegetable raw materials for effective improvement of functional and technological characteristics under the influence of proteases of microbiological origin. To establish the optimal modes of enzymatic treatment of raw materials (sequence, temperature, and time of enzymatic treatment, as well as the concentration of the introduced protease). To investigate the influence of proteolytic treatment with Aspergillus niger proteases on the qualitative characteristics of meat-containing products at high temperature treatment regimes. Investigate the possibility of joint use of Aspergillus niger proteases with proteases of plant origin - papain and chard protease in the processing of meat- vegetable model minced meat systems. Compare different methods of measuring the moisture-binding capacity of raw materials and finished products to assess the effectiveness of proteases. Develop practical recommendations to produce meat-containing semi- finished products using proteases of microbiological origin. Investigate the impact of the use of targeted fermentation on the shelf life of meat-containing semi-finished products and microbiological parameters of the developed products. Scientific novelty of the obtained results. The effect of Aspergillus niger protease on the functional and technological parameters of chickpeas and lentils during enzymatic treatment of a mixture of vegetable raw materials and meat of broiler chickens was studied for the first time and the low degree of influence of Aspergillus niger protease on functional and technological characteristics of beef was established. The interaction of Aspergillus niger protease with papain and chard enzyme (protease) was studied for the first time and the optimal regimes of pH values and heat treatment were established to improve the functional and technological characteristics of the combined system of meat-containing products. The practical significance of the obtained results lies in the development of recipes for meat-containing semi-finished products, as well as recommendations for the use of Aspergillus niger prosthesis in the technology of various types of meat products. The modes of heat treatment of semi-finished products according to its different types (including deep frying) have been optimized, and the optimal types of raw materials that can be used at the stage of plant substrate preparation have been selected. On the basis of the received results changes in TU In 15.1-19492247-021- 2004 are developed. The developed technology allows to reduce the cost of production of meat-containing semi-finished products by 9.7%. The first section provides an analysis of the literature on the topic of the work, namely, an overview of the possibilities for the role and use of proteases of microbiological origin in the technology of meat and meat products. The role of proteases of microbiological origin in the meat processing industry still remains one of the poorly studied areas of scientific research. In the future, the use of this category of enzymes in addition to reducing the cost of enzyme raw materials and simplifying the processes of its preparation may also allow wider regulation of technological properties of finished products, based on a wide range of microorganisms that produce relevant proteases. In the second section of the work methods for studying the characteristics of raw materials and finished products, as well as methods for setting and interpreting experiments are selected. Among the methods of research of physicochemical characteristics of raw materials and finished products, as well as methods of research of functional and technological characteristics, measurement of moisture-binding capacity by pressing and centrifugation methods, measuring pH of aqueous product extract by potentiometric method, measuring plasticity of raw materials and finished product by pressing, measuring shear and dynamic viscosity of the product on a rotary viscometer, as well as methods of organoleptic evaluation of finished products. The choice of pressing method as the main method of determining the moisture- binding capacity is due to its simplicity and versatility. The method of pressing under the action of external forces on the filter paper is the most common and is highly appreciated by most experts for its simplicity and versatility. The statistical processing of the results was guided by the equations of regression analysis, which were obtained because of processing the results of experiments constructed according to the plans of the full-factor experiment. The third section presents a study of physico-chemical and functional- technological characteristics of raw materials in the process of enzymatic processing. The method of enzymatic treatment. Given that the previously used fermentation regimes of raw materials (both meat and vegetable), as well as the fact that these regimes are optimal for both types of raw materials, it is necessary to test the hypothesis of the possibility of simultaneous enzymatic processing of all raw materials. The potential advantages of this approach are obvious - saving time and resources at the stage of preparation of raw materials, as well as the lack of need to recalculate the amount of enzyme preparation separately for meat and vegetable raw materials. Heat treatment of semi-finished products can be carried out by various methods, especially in terms of the achieved sterility of the finished product. The use of long-term (more than 1.5 hours) heat treatment at temperatures in the range of 72- 85 ° C with the use of combined hydrolysate of proteolytic origin based on soy leads to the formation of specific organoleptic characteristics and inherent taste broth, which is widely used to enhance the characteristics of meat products. Given the use of plant hydrolysates, it can be assumed that the use of the studied protease in combination with prolonged heat treatment will increase the organoleptic characteristics by achieving a similar effect. Also, this type of processing allows to provide a sufficient level of lethal effects of heat on the microflora of the combined raw materials of the semi-finished product, thus extending the shelf life of the finished product. Potential disadvantages of using this method of processing include low yield of the finished product, excessive rigidity, as well as the possibility of defects in the rheological characteristics of the product (fragility). The second approach to heat treatment is to bring the product to a temperature of 70-73 ºC, but this temperature does not guarantee the full culinary readiness of vegetable raw materials, which in turn requires experimental confirmation. In order to improve the organoleptic characteristics and shelf life of the finished product, it is rational to sterilize or pasteurize the semi-finished product in a packaged state. Among the two disadvantages of this technology are two - the need for additional packaging (given the complexity of the packaging of semi-finished products), as well as low organoleptic characteristics (largely leveled the course of the Mayar reaction). The fourth section compares the properties of different types of enzyme raw materials, among which, in addition to the studied type of enzyme raw material (Aspergillus niger protease), papain and chard protease were studied. The possibility of using combined enzymatic treatment with ASPN protease together with papain and chard protease has been proved. A mathematical model of the interaction of these types of enzymes in the pH range of the stuffing system 5.5-7.0 was created. The shelf life of meat-containing semi-finished products was investigated, as a result of which the shelf life of the developed cut semi-finished products was increased by 30% compared to the control recipe.