Теоретическое обоснование совершенствования промышленно-ценных свойств стартовых культур и их практическое применение в технологии мя

Сушку осуществляли в течение первых 4 сут при температуре 16 °С, относительной влажности воздуха φ=(83+1)%, скорости движения воздуха υ=0,1 м/с, затем в течение 16 сут при температуре 11–12 °С, относительной влажности воздуха φ=(72+2)%, скорости движения воздуха υ=0,05–0,1 м/с.

Бактериальный препарат вносился в количестве 25 г/100 кг сырья. БА (гистамин, тирамин, путресцин, кадаверин) были определены в исходном сырье, а  также во время технологического процесса и хранения (16 недель) (диаграммы  на рис. 25–29).

Рис. 25. Диаграмма изменения содержания в образцах гистамина

Рис. 26. Диаграмма  изменения содержания в образцах тирамина

Рис. 27. Диаграмма  изменения содержания в образцах путресцина

 

Рис. 28. Диаграмма  изменения содержания в образцах кадаверина

 

Внесение стартовых культур значительно снижает уровень БА по сравнению с контролем (надо отметить благополучное гигиеническое состояние исходного сырья). Как уже было сказано ранее, отсутствие высокой декарбоксилазной активности у стартовых культур является важным критерием для зарубежных производителей. В нашем случае бактериальный препарат «Биосейф» был составлен из микроорганизмов, обладающих аминоксидазной активностью, и показал свою высокую эффективность в плане снижения количества БА в мясном продукте, как за счет разрушения БА, так и за счет подавления нежелательной амино-позитивной микрофлоры. Так, количество гистамина и кадаверина было очень низким, а количество тирамина и путресцина не превышало 100 мг/кг, в то время как в контроле уровень тирамина и путресцина был высоким – 450 мг/кг и 835 мг/кг, соответственно.

 

Предотвращение  окислительной порчи б/п «Лактомикс»

 

Для исследования влияния  бактериального препарата «Лактомикс»  на окислительные процессы, происходящие в мясном продукте при хранении, была разработана технология мясного продукта – купаты «Из птицы» с использованием мяса птицы механической обвалки, которое отличается по внешнему виду, химическому составу и микробиологическим показателям от мяса ручной обвалки. Оно представляет собой мелкоизмельченную массу и характеризуется повышенным содержание липидов, ПНЖК, гемовых компонентов и железа; высоким значение рН; большой площадью контакта поверхности мясной массы с кислородом воздуха и значительным содержанием воздушных включений. Эти факторы способствуют развитию окисления липидов и изменению цвета мяса птицы механической обвалки. Кроме того, мясо механической обвалки – хорошая питательная среда для роста микроорганизмов.

Были выработаны две  партии купат: образец № 1 (контроль), без внесения б/п; образец № 2 (опыт) – был внесен бактериальный препарат «Лактомикс». Образцы хранили при температуре 4 °С и относительной влажности 80% в течение 4 сут. Интенсивность развития окислительных процессов в фарше была изучена по накоплению первичных и вторичных продуктов окисления в процессе хранения: были определены рН, кислотное, пероксидное, тиобарбитуровое числа (табл. 9).

Таблица 9

Влияния препарата  «Лактомикс» на окислительные процессы в купатах «Из птицы»

 

Образцы	Продолжительность хранения, ч
	0	24		48			96
рН
Образец № 1 (контроль)	7,00±0,35		6,85±0,34		6,73±0,33	6,58±0,31
Образец № 2 (опыт)	7,01±0,35		6,74±0,32		6,56±0,32	5,42±0,26
Пероксидное число  ПЧ, %J
Образец № 1 (контроль)	0,0016±0,0001		0,0107±0,0003		0,0139±0,0005	0,0171±0,0006
Образец № 2 (опыт)	0,0016±0,0001		0,0044±0,0002		0,0076±0,0003	0,0114±0,0005
Кислотное число  КЧ, мг КОН
Образец № 1 (контроль)	0,064±0,003		0,224±0,010		0,374±0,015	0,112±0,003
Образец № 2 (опыт)	0,064±0,003		0,187±0,009		0,299±0,014	0,094±0,002
Тиобарбитуровое число, ОП532
Образец № 1 (контроль)	0,101±0,005		0,265±0,012		0,371±0,017	0,623±0,027
Образец № 2 (опыт)	0,101±0,005		0,158±0,006		0,199±0,009	0,445±0,021

Обозначения: образец  № 1 (контроль) – без внесения бактериального препарата; образец № 2 (опыт) – с  внесением бактериального препарата

 

Как видно из табл. 9 рН опытного образца почти на единицу  ниже контрольного. Кислотное число  на 4 сут хранения в опытном образце, по сравнению с контрольным, снизилось  на 20%, а содержание первичных и  вторичных продуктов окисления  к этому же периоду в опытном образце – на 33% и 28% соответственно ниже, чем в контрольном. Бактериологическое исследование проводили на 4 сут хранения продукта. Результаты микробиологического анализа соответствовали требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01, индекс 1.1.9.3. Дополнительно определили количество молочнокислых микроорганизмов в 1 г продукта, которое составило 10⁸ КОЕ/г.

Результаты проведенных  анализов показали, что бактериальный  препарат «Лактомикс», замедляет развитие окислительных процессов в фарше  и снижает содержание продуктов окисления. Кроме того, его применение способствует улучшению органолептических и микробиологических показателей. Таким образом, внесение рекомендуемого бактериального препарата повышает качество и безопасность производимого продукта. По результатам исследований была разработана техническая документация на «Полуфабрикаты мясные рубленые с бактериальным препаратом Лактомикс», ТУ 9214- 350-23476484-08.

Таким образом, установлено, что разработанные бактериальные  препараты эффективны в выбранном направлении и конкурентоспособны (общая оценочная стоимость импортируемых бактериальных препаратов составляет порядка 50 млн. руб. в год и имеет тенденцию к увеличению). Они являются надежной и безопасной альтернативой специальным искусственным добавкам и консервантам. Бактериальные препараты рекомендуются к использованию, как в новых разработанных технологиях, так и в традиционных технологиях колбас и деликатесной мясной продукции, не требующих изменений, и позволяют получить продукты с заданным комплексом качественных характеристик и гарантированным уровнем безопасности.

Рекомендации к использованию  бактериальных препаратов в мясной промышленности и их практическая реализация представлены в табл. 10.

Таблица 10

Рекомендации  к использованию бактериальных препаратов в мясной промышленности

Наименование бакпрепарата	Практическая  реализация
Экспериментально-промышленный выпуск бактериальных препаратов осуществлялся  на производственных мощностях экспериментального участка ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии
Бактериальный препарат «Биоцвет» ТУ 9229-047-02068640-07	Для цветообразования и  снижения остаточного нитрита натрия. При посоле мясного сырья в  вакуум-мешалках непрерывного действия при температуре 8–12 °С. Продолжительность  выдержки сырья в посоле зависит от степени его измельчения, от 12 до 24 ч. Нитрит натрия добавляют в количестве 3 г на 100 кг мясного сырья в виде раствора концентрацией не выше 2,5%. Бактериальный препарат добавляют в количестве 100 г/100 кг. Промышленная апробация технологии вареной колбасы с использованием б/п «Биоцвет» в условиях                  ОАО «ИКМА».
Бактериальный препарат «Дебарс плюс» ТУ 9229-046-02068640-07	При биотрансформации мясного  сырья, в т.ч. нестандартного, с высоким  содержанием соединительной ткани. При производстве ферментированных мясных продуктов, сыровяленых и сырокопченых колбас, ветчинных изделий с поверхностным покрытием дрожжей и благородный плесеней. Промышленная апробация  при производстве с/в колбасы  «Московская» в условиях ЗАО «Микояновский  мясокомбинат». Колбасы сырокопченые, ТУ 9213-007-224-68-005-08, колбасы сыровяленые,                   ТУ 9213-008-224-68-005-08, апробация в условиях ООО «АНСЕЙ ВМК».
Бактериальный препарат «Аромалакт» ТУ 9229-045-02068640-07	Для ароматообразования мясного сырья и готовых мясных изделий. Апробация технологии паштетов в оболочке в промышленных условиях                         ЗАО «Агрофирма «Мясо». Технологическая инструкция по применению б/п при вакуумном упаковывании мясопродуктов на ООО МПЗ «Рублевский». Опытно-промышленная выработка продуктов из свинины цельномышечных  в составе рассола для шприцевания (ООО «Гиперглобус»). Колбасы сырокопченые, ТУ 9213-007-224-68-005-08, колбасы сыровяленые,                     ТУ 9213-008-224-68-005-08, апробация в условиях ООО «АНСЕЙ ВМК». Продукты  из свинины деликатесные, ТУ 9213-007-02068315-08.
Бактериальный препарат «Лактомикс» ТУ 9229-045-02068640-07	Технология полуфабрикатов мясных рубленых с бактериальным  препаратом «Лактомикс», ТУ 9214-350-23476484-08, позволяющая снизить окислительную порчу липидов; апробация в опытно-промышленных условиях ВНИИПП. Разработаны технологии «Мясные продукты в форме» 1 сорта  с добавлением биотрансформированного легкого, ТУ 9213-002-51611136-03 и Паштеты в оболочке с добавлением биотрансформированной селезенки,                                           ТУ 9213-002-00423769-03. Промышленная апробация разработанных технологий проводилась в условиях Ростовского и Новочеркасского мясокомбинатов. Опытно-промышленная выработка  продуктов из свинины цельномышечных в составе рассола для шприцевания в условиях ООО «Гиперглобус». Колбасы сырокопченые, ТУ 9213-007-224-68-005-08, колбасы сыровяленые,                        ТУ 9213-008-224-68-005-08, апробация в условиях ООО «АНСЕЙ ВМК». Продукты из свинины  деликатесные, ТУ 9213-007-02068315-08.
Бактериальный препарат «Биосейф» ТУ 9229-045-02068640-07	Для снижения уровня биогенных  аминов в ходе технологического процесса и хранения. Промышленная апробация  при производстве с/к колбасы  «Столичная» в условиях ЗАО «Микояновский мясокомбинат»; с/к колбасы «Премьера» в условиях ЗАО «Партнер-Ф», ОАО «Царицыно». Технологическая инструкция по применению б/п при вакуумном  упаковывании охлажденного мясного  сырья и натуральных п/ф на ООО МПЗ «Рублевский». Опытно-промышленная выработка продуктов из свинины цельномышечных в составе рассола для шприцевания в условиях ООО «Гиперглобус». Колбасы сырокопченые, ТУ 9213-007-224-68-005-08, колбасы сыровяленые,                      ТУ 9213-008-224-68-005-08, апробация в условиях ООО «АНСЕЙ ВМК». Продукты из свинины  деликатесные, ТУ 9213-007-02068315-08.

ВЫВОДЫ

 

1. Разработана схема  направленного отбора молочнокислых  бактерий, денитрифицирующих стафилококков,  дрожжей и мицелиальных грибов. Установлено, что ни один из  штаммов P. camembertii не продуцирует характерные для данного вида микотоксины: ЦПК и ругуловазины А и В. Создана коллекция стартовых культур, содержащая микроорганизмы видов L. curvatus, L. sakei, L. casei, L. plantarum,                           P. acidilactici, P. pentosaceus, P. claussenii, M. caseolyticus, S. carnosus, S. xylosus, D. vanriji, D. polymorphus, D. hansenii, C. famata, P. camembertii. Проведено депонирование, в том числе национальное патентное, штаммов стартовых культур во ВКПМ ФГУП ГосНИИгенетики и селекции промышленных микроорганизмов.

2. Проведена оценка  возможности использования энтерококков  в качестве стартовых культур.  Исследования на тестовых питательных  средах показали отсутствие факторов  вирулентности у штаммов E. faecalis. Поиск генов, отвечающих за признаки патогенности энтерококков, agg, gelE, cylA и esp, показал присутствие генов agg и gelE в геномах исследуемых штаммов E. faecalis, хотя и не проявляющих свою активность фенотипически. Предложен подход к изучению и отбору непатогенных стартовых культур энтерококков.

3. Определено отношение  стартовых культур к антибиотикам  различных групп, проведен анализ  природы антибиотикоустойчивости  с оценкой ее потенциальной  опасности в плане горизонтального  переноса. Предложены пути предотвращения  распространения детерминантов антибиотикоустойчивости промышленными микроорганизмами.

4. Расшифрованы механизмы  формирования качественных характеристик  мясопродуктов за счет внесения  стартовых культур, и определены  основные критерии промышленно-ценных  свойств микроорганизмов. Разработаны экспресс-методы скрининга штаммов с аминоксидазной активностью, ароматобразующих штаммов с глутаматдегидрогеназной и трансаминазной активностью, предложен экспресс-метод отбора бактериоцин-синтезирующих штаммов. Проведен скрининг продуцентов бактериоцинов, ароматобразующих штаммов и штаммов с низкой декарбоксилазной активностью, выбраны штаммы с аминоксидазной активностью, снижающие содержание БА в мясных продуктах. Определены стартовые культуры с каталазной, пероксидазной, супероксиддисмутазной активностями и способные связывать Fe²⁺ и Cu²⁺. Разработан системный подход направленного отбора и оптимизации свойств бактерий, позволяющий управлять технологическими процессами производства мясных продуктов.

5. Предложены принцип  и схемы конструирования штаммов с заданными свойствами:  «Схема получения суперэкспрессии гена Y» и «Схема получения делеции участка ДНК, кодирующего ген Y». Определены генетические детерминанты, ответственные за проявление основных технологических свойств у стартовых культур: tdc гены у штаммов L. sakei 101, 103, 105, образующие биогенные амины выше допустимого уровня, gdh гены, кодирующие фермент глутаматдегидрогеназу, sodA гены – супероксиддисмутазу, nirR гены – нитритредуктазу у микроорганизмов различных таксонов. Изучена генетика продуцирования бактериоцинов и определена их генетическая локализация у педиококков: у P. acidilactici 27 и 38 – плазмидная, у P. pentosaceus 23, 28, 55 – хромосомная. Предложены пути повышения синтеза бактериоцинов стартовыми культурами.

6. Изучена генетическая природа бактериальной денитрификации. Сконструирован термочувствительный челночный вектор pBTmcs для репликации в грамположительных бактериях. Получен мутантный штамм S. carnosus (thyA^–) на основе штамма S. carnosus B-8953. Клонирован и использован селективный маркер – ген, кодирующий фермент тимидилат синтетазу. Сконструирована экспрессионная плазмида для грамположительных бактерий, включающая сильный промотор Pgap. С помощью генетических преобразований путем замены промоторной области гена nirR на сильный промотор Pgap на основе штамма                 S. carnosus (thyA^–) получен штамм-суперпродуцент фермента нитритредуктазы S. carnosus LIA-96. Молекулярно-генетическая экспертиза установила, что штамм не является генетически модифицированным, так как был получен путем перестройки собственного генетического материала без включения в его состав чужеродной ДНК. Показана фенотипическая и генотипическая стабильность штамма, а также отсутствие в геноме данного штамма генов, кодирующих белки-токсины. Проведены клинические исследования штамма S. carnosus LIA-96 in vivo на белых линейных мышах, показавшие отсутствие изменений у подопытных животных, по сравнению с контрольными и интактными.

7. Научно и экспериментально обоснована методология создания бактериальных препаратов на основе стартовых культур по совокупности функциональных свойств микроорганизмов, обладающих взаимной совместимостью. Проведена паспортизация промышленно-ценных штаммов с помощью геномной дактилоскопии. Создана программа с базой данных основных функциональных свойств микроорганизмов, входящих в коллекцию МГУПБ, позволяющая проектировать состав бактериальных препаратов комплексной направленности. На основе природных штаммов разработаны бактериальные препараты: «Лактомикс», «Аромалакт», «Биосейф», ТУ 9229-045-02068640-07; «Дебарс плюс», ТУ 9229-046-02068640-07. На основе штамма S. carnosus LIA-96 разработан бактериальный препарат «Биоцвет», ТУ 9229-047-02068640-07.

8. Проведена оценка влияния стартовых культур на качественные характеристики модельных мясных систем и готовых мясных продуктов, подтвердившая их функциональную эффективность. Разработаны рецептуры и технологии новых видов мясопродуктов: Мясные продукты в форме первого сорта с добавлением биотрансформированного легкого, ТУ 9213-002-51611136-03, Паштеты в оболочке с добавлением биотрансформированной селезенки, ТУ 9213-002-00423769-03, Полуфабрикаты мясные рубленые с бактериальным препаратом «Лактомикс», ТУ                9214-350-23476484-08, Колбасы сырокопченые, ТУ 9213-007-224-68-005-08, Колбасы сыровяленые, ТУ 9213-008-224-68-005-08, Продукты из свинины деликатесные, ТУ             9213-007-02068315-08. Промышленная апробация разработанных технологий проводилась в условиях Черкизовского МПЗ, ЗАО «Микояновский мясокомбинат», ОАО «Царицыно», ООО МПЗ «Рублевский», ОАО «ИКМА», ООО «АНСЕЙ ВМК», Ростовского и Новочеркасского мясокомбинатов, ЗАО «Агрофирма «Мясо», ООО «Гиперглобус».