Удосконалення технології посічених напівфабрикатів з використанням активних стабілізаторів м'ясних систем

Abstract

Метою роботи є удосконалення технології посічених напівфабрикатів шляхом використання активних стабілізаторів м’ясних систем, зокрема безфосфатних харчових добавок. Пріоритетним завданням підприємств харчової промисловості є стабільне забезпечення споживачів високоякісними і конкурентноспроможними продуктами харчування. Якість м’ясопродуктів обумовлюють не лише рівень розвитку техніки і технології, а значною мірою властивості і стан сировини, яка у собівартості готової продукції становить до 70-80%. Забезпечення підприємств м’ясопереробної галузі якісною сировиною тваринництва і птахівництва набуває особливу гостроту. Функціональні властивості м’ясної сировини залежать головним чином від хімічного складу, який змінюється відповідно до анатомічного походження м’язів, генотипу та віку тварин і птиці, а також складу кормів, що впливає на якість м’ясопродуктів. Значна частка сировини має відхилення від традиційного перебігу автолізу (NOR) і характеризується ознаками вад якості (DFD, PSE, RSE, RFN) через інтенсивні технології відгодівлі і підвищення швидкості росту та виходу м’язової тканини, утворення міопатій та м’язових дистрофій (SM – м’ясо спагеті, WS – білі смуги, WB – дерев’яні груди, характерні для м’яса птиці), незрілість внутрішньом’язової сполучної тканини, які погіршують функціонально-технологічні властивості м’ясної сировини. Крім вище наведеного природна різноманітність якості м’ясної сировини внаслідок мінливості передзабійних, післязабійних та вплив факторів технологічної обробки, а також використання низькосортного, мороженого м’яса ускладнюють його промислову переробку. Використання функціональних інгредієнтів для оптимізації функціонально-технологічних властивостей м’ясної сировини нівелює вплив природної мінливості якості і в той же час забезпечує виготовлення широкого асортименту продуктів для задоволення потреб споживачів. Обґрунтовано використання методик для аналізу сировини, модельних м’ясних фаршевих систем та готової продукції. Для визначення функціонально- технологічних показників застосовані фізико-хімічні та інструментальні методи аналізу. Розроблено схему проведення комплексних досліджень за тематикою дисертаційної роботи яка передбачала: аналітичний огляд літературних і патентних джерел; формулювання мети і завдань роботи; екпериментальні дослідження; промислова апробація удосконаленої технології в умовах м’ясопереробних підприємств; висновки. Проведено маркетингові дослідження поведінки споживачів для оцінки ринку м’ясних посічених напівфабрикатів з точки зору споживчих пріоритетів та прихильностей споживачів. Підтверджено, задоволення споживчих пріоритетів та прихильностей споживачів можливе шляхом використання в рецептурах інгредієнтів природного походження, що відповідає тенденції чисте маркування (“Clean label”), яке є приорітетним в харчовій промисловості Європейського Союзу. Визначено вплив нефосфатних харчових добавок на модельні м’ясні фаршеві системи яловичини величиною pH 5,54 ± 0,12. Для забезпечення мінімальних втрат маси м’ясних систем при термообробленні експериментальним шляхом досліджено та з використанням математичних методів отримано регресивні залежності, які вказують на те, що частка "Амідину" в складі комплексної добавки повинна складати 0,81%, карбонату калію 0,39%, а цитрату натрію 0,21% до маси м’ясної сировини. Встановлено, що для досягнення одного і того ж рівня рН порівнюваних 1-% розчинів активних стабілізаторів необхідно вносити різну кількість 0,1н HCl. Для розробленого безфосфатного комплексу активних стабілізаторів цей показник становить 37,9 мл 0,1н HCl і має максимальний рівень як загальної, так і поетапної буферної ємності, що забезпечує показник рН у діапазоні технологічного процесу м’ясних фаршів посічених напівфабрикатів. Порівняно вплив розробленого комплексу і харчових фосфатів на біохімічні зміни, які обумовлюють втрати при розморожуванні, зміни кольору і текстури в модельних м’ясних фаршевих системах з такими співвідношеннями м’ясної сировини свинини: нежирна/ сало:100/0%, 95/5%, 90/10%, 85/15% і 80/20%. Для прискорення біохімічних процесів імітували цикли розморожування – заморожування, зраки заморожували при температурі -30 °C…-35 °C до температури всередині нижче -18 °C. Зразки зберігали в замороженому стані при -18 °C протягом 7 днів, а потім розморожували при 4 °C протягом 12 годин, доки температура всередині не досягла 0–2 °C, а потім перший цикл заморожування – розморожування вважався завершеним. Визначення втрати маси при розморожуванні свідчить що для контрольних модельних зразків цей показник становить 13,77%, а для дослідних 13,53%. Процес термооброблення підвищує величину втрат маси до 19,75% у контрольних проти 18,61% у дослідних зразках. Характеристики світлості (L∗), насичення червоним кольором (а∗) і жовтизна досліджуваних зразків (b∗) у дослідних зразках не поступаються контрольним, а переважають їх, що свідчить про вдало підібраний якісний і кількісний склад розробленого комплексу. За результатами визначення твердості можна побачити, що зі збільшення вмісту жирної сировини відбувається формування більш рихлої м’язово-білкової матричної мережі, що призводить до зниження твердості. Разом з тим показники твердості зразків спочатку зростали, а потім знижувався зі збільшенням циклів заморожування – розморожування. Ці зміни можна пояснити утворенням міцної тривимірної білкової матриці під час перших циклів, що призводить до підвищення показників твердості. Розщеплення ліпідів і білків на більш прості молекули знижує не лише харчову і біологічну цінність, негативно вливає на термін зберігання, але і є причиною небажаного згіркнення та зміни кольору, що знижує органолептичні показники м’ясних систем. Дослідженнями підтверджено зменшення кількості утворених продуктів окиснення ліпідів у зразках з безфосфатним комплексом, а саме 0,42 мг MDA/кг проти 0,45 мг MDA/кг у контрольних зразках. Виявлено зниження накопичення вторинних продуктів окиснення ліпідів в другому періоді та різке зниження в наступний період зберігання в замороженому стані через нестійкість гідропероксидів та їх легкий розпад до низькомолекулярних сполук. Доведено, що із збільшенням кількості жирної сировини в м’ясній системі підвищується показник окислення білків, який визначено за вмістом карбонілів, а його значення для дослідних зразків нижчі у порівнянні з контрольними. Досліджено функціонально-технологічні властивості дослідних зразків з використанням розробленого безфосфатного комплексу активних стабілізаторів у порівнянні з контрольними з харчовими фосфатами при класичних способах теплової обробки – смаження, відварювання на пару та запікання посічених напівфабрикатів і обробки “Sous Vide”. Теплова обробка зумовлює дегенерацію міофібрилярних, саркоплазматичних білків і білків сполучної тканини, призводить до структурних змін у м’ясі, модифікує структурно-механічні властивості. Проведені дослідження дали можливість довести перевагу використання розробленого безфосфатного комплексу активних стабілізаторів у дослідних зразках порівняно з контрольними, які містять у складі фосфатні препарати. Це підтверджено зменшенням втрат маси при використанні різних способів теплової обробки м’ясних посічених напівфабрикатів та відповідає результатам визначення функціонально-технологічних властивостей. Втрати маси м’ясних посічених напівфабрикатів при кулінарній обробці в основному визначаються скороченням міофібрилярних білків (40-60 °С), скороченням колагену (60-70 °С), денатурацією актину (70-80 °С), а також визначаються вмістом води та жиру в м’ясі. Незалежно від способу теплового оброблення (технології “Sous Vide” або класичних способів) менші для виробів з розробленим безфосфатним комплексом активних стабілізаторів. Вивчено динаміку зміни кількості мезофільних аеробних та факультативно-анаеробних мікроорганізмів в процесі зберігання контрольного і дослідних зразків посічених напівфабрикатів з використанням безфосфатного комплексу активних стабілізаторів м’ясних систем. Усі зразки напівфабрикатів при зберіганні відповідають вимогам та не перевищують регламентовані нормативним документом показники за умови зберігання у замороженому стані за температури -18(±1) ºС. Бактеріостатичний ефект розробленого безфосфатного комплесу підтверджено зниженням показника активності води (aw), який є важливим параметром в контролі росту мікроорганізмів в харчових продуктах. Достовірність отриманих експериментальних даних забезпечена використанням сучасних методик досліджень, відповідного обладнання, використанням математичних засобів для опрацювання результатів досліджень. Наукові положення та рекомендації підтверджені лабораторними дослідженнями та виробничими випробуваннями. Проведено сукупність заходів щодо впровадження запропонованого безфосфатного комплексу та удосконаленої технології посічених напівфабрикатів. На основі проведених досліджень розроблені проєкти ТУ та ТІ У 15.8-02070938-338:2025 «Композиції функціональні харчові: безфосфатний комплекс активних стабілізаторів для м’ясопереробної промисловості» і ТУ та ТІ У 10.1-02070938-339:2025 «Напівфабрикати м’ясні та м’ясомісткі посічені з використанням безфосфатного комплексу активних стабілізаторів». За удосконаленою технологією посічених напівфабрикатів проведено промислову апробацію на виробництвах ТОВ «КІМ» Львівська область, ТОВ «АРЦИЗЬКА М’ЯСНА КОМПАНІЯ» ТОВ «АДВ» м. Дніпропетровськ та на ТОВ «ФУДТЕК» впроваджено у виробництво дослідно-промислову партію безфосфатного комплексу активних стабілізаторів для м’ясопереробної промисловості. The purpose of the work is to improve the technology of chopped semi- finished products by using active stabilizers of meat systems, in particular phosphate- free food additives. The priority task of food industry enterprises is to provide consumers with high-quality and competitive food products. The quality of meat products is determined not only by the level of development of equipment and technology, but also to a large extent by the properties and condition of raw materials, which account for up to 70-80% of the cost of finished products. Providing meat processing enterprises with high-quality raw materials from livestock and poultry farming is becoming especially acute. The functional properties of meat raw materials depend mainly on the chemical composition, which varies according to the anatomical origin of the muscles, the genotype and age of animals and poultry, as well as the composition of feed, which affects the quality of meat products. A significant proportion of raw materials deviates from the traditional course of autolysis (NOR) and is characterized by signs of quality defects (DFD, PSE, RSE, RFN) due to intensive fattening technologies and increased growth rate and yield of muscle tissue, formation of myopathies and muscular dystrophies (SM - spaghetti meat, WS - white stripes, WB - wooden breasts, characteristic of poultry meat), immaturity of intramuscular connective tissue, which worsen thefunctionally technological propertiesof meat raw materials. In addition to the above, the natural diversity of the quality of meat raw materials due to the variability of pre-slaughter, post-slaughter and the influence of technological processing factors, as well as the use of low-grade, frozen meat, complicate its industrial processing. The use of functional ingredients to optimize the functionally technological properties of meat raw materials eliminates the influence of natural quality variability and at the same time ensures the manufacture of a wide range of products to meet consumer needs. The use of methods for the analysis of raw materials, model minced meat systems and finished products is substantiated. To determine functional and technological indicators, physicochemical and instrumental methods of analysis are used. A scheme for conducting comprehensive research on the subject of the dissertation work has been developed, which included: an analytical review of literary and patent sources; formulation of the goal and objectives of the work; experimental studies; industrial testing of improved technology in meat processing enterprises; conclusions. Marketing research of consumer behavior were conducted to assess the market of chopped meat semi-finished products from the point of view of consumer priorities and consumer preferences. It is confirmed that satisfaction of consumer priorities and consumer preferences is possible by using ingredients of natural origin in formulations, which corresponds to the trend of clean labeling ("Clean label"), which is a priority in the food industry of the European Union. The influence of non-phosphate food additives on model minced beef meat systems with a pH of 5.54 ± 0.12 is determined. To ensure minimal loss of mass of meat systems during heat treatment experimentally, regressive dependencies were studied and using mathematical methods, which indicate that the share of Amidin in the composition of the complex additive should be 0.81%, potassium carbonate 0.39%, and sodium citrate 0.21% to the mass of meat raw materials. It was found that to achieve the same pH level of the compared 1% solutions of active stabilizers, a different amount of 0.1 N HCl must be added. For the developed BKAS, this indicator is 37.9 ml of 0.1 N HCl and has a maximum level of both total and staged buffer capacity, which provides the pH indicator in the range of the technological process of minced meat of chopped semi-finished products. The effect of the developed complex and food phosphates on biochemical changes that cause thawing losses, color and texture changes in model minced meat systems with the following ratios of pork meat raw materials: lean/fatty: 100/0%, 95/5%, 90/10%, 85/15% and 80/20% was compared. To accelerate biochemical processes, thaw-freeze cycles were simulated, the samples were frozen at a temperature of -30 °C…-35 °C to an internal temperature below -18 °C. The samples were stored frozen at -18 °C for 7 days, and then thawed at 4 °C for 12 hours until the internal temperature reached 0–2 °C, and then the first thaw-freeze cycle was considered complete. The determination of mass loss during thawing shows that for the control model samples this indicator is 13.77%, and for the experimental 13.53%. The heat treatment process increases the mass loss to 19.75% in the control against 18.61% in the experimental samples. The characteristics of lightness (L∗), red color saturation (a∗) and yellowness of the studied samples (b∗) in the experimental samples are not inferior to the control ones, but prevail over them, which indicates a well-chosen qualitative and quantitative composition of the developed complex. quantitative composition of the developed complex. Based on the results of determining the hardness, it can be seen that with an increase in the content of fatty raw materials, a looser muscle-protein matrix network is formed, which leads to a decrease in hardness. At the same time, the hardness indices of the samples first increased, and then decreased with increasing thawing- freezing cycles. These changes can be explained by the formation of a strong three- dimensional protein matrix during the first cycles, which leads to an increase in hardness. Splitting lipids and proteins into simpler molecules reduces not only the nutritional and biological value, negatively affects the shelf life, but also causes undesirable rancidity and color change, which reduces the organoleptic performance of meat systems. Studies have confirmed a decrease in the amount of lipid oxidation products formed in samples with a phosphate-free composition, namely 0.42 mg MDA/kg versus 0.45 mg MDA/kg in control samples. A decrease in the accumulation of secondary lipid oxidation products in the second period and a sharp decrease in the subsequent period of storage in the frozen state due to the instability of hydroperoxides and their easy decomposition to low molecular weight compounds were revealed. It is proved that with an increase in the amount of fatty raw materials in the meat system, the oxidation index of proteins increases, which is determined by the content of carbonyls, and its values for experimental samples are lower compared to control ones. The functional and technological properties of the experimental samples using the developed phosphate-free complex of active stabilizers were investigated in comparison with the control samples with food phosphates during classical heat treatment methods – frying, steaming and baking cutlets and “Sous Vide” treatment. Heat treatment causes degeneration of myofibrillar, sarcoplasmic proteins and connective tissue proteins, leads to structural changes in meat, modifies structural and mechanical properties. The conducted studies made it possible to prove the advantage of using the developed BKAS in experimental samples compared to the control samples containing phosphate preparations. This is confirmed by a decrease in weight loss when using various methods of heat treatment of chopped meat semi-finished products (cutlets) and corresponds to the results of the determination of functional and technological studies. The weight losses of chopped meat semi-finished products during cooking is mainly determined by the reduction of myofibrillar proteins (40-60 ° C), the reduction of collagen (60-70 ° C), the denaturation of actin (70-80 ° C), and also determined by the content of water and fat in meat. Regardless of the heat treatment method (Sous Vide technologies or classical methods), smaller for products with the developed phosphate-free complex of active stabilizers. The dynamics of changes in the number of mesophilic aerobic and facultative- anaerobic microorganisms during storage of control and experimental samples of chopped semi-finished products using a phosphate-free complex of active stabilizers of meat systems was studied. All samples of semi-finished products during storage meet the requirements and do not exceed the indicators regulated by the regulatory document when stored in a frozen state at a temperature of -18(±1) ºС. The reliability of the obtained experimental data is ensured by the use of modern research methods, appropriate equipment, the use of mathematical tools for processing research results. Scientific provisions and recommendations are confirmed by laboratory research and production tests. A set of measures was taken to introduce the proposed phosphate-free complex and improved technology of split semi-finished products. On the basis of the conducted research, the projects technical conditions and technical instructions of Ukraine 15.8-02070938-338: 2025 "Functional food compositions: phosphate-free complex of active stabilizers for the meat processing industry" and technical conditions and technical instructions of Ukraine 10.1-02070938-339: 2025 "Semi- finished meat and meat-containing products are excised using a phosphate-free complex of active stabilizers." According to the improved technology of chopped semi-finished products, industrial testing was carried out at the production facilities of KIM LLC Lviv region, ARTSIZKA MEAT COMPANY LLC ADV LLC Dnepropetrovsk and an experimental industrial batch of phosphate-free complex of active stabilizers was introduced into production for the meat processing industry.