Методы ферментной модификации коллагенсодержащего сырья

Введение
Современный рынок постоянно вносит существенные коррективы в производство всех продуктов питания, каждый раз ставя новые задачи перед производителями, оказывает он прямое воздействие и на специалистов мясного производства. Потребительские требования и запросы к цене и качеству покупаемой продукции вынуждают специалистов мясной отрасли изобретать новые пути и способы решения проблем технологического характера. При этом, все решения, должны обеспечивать бесперебойную и рентабельную работу производства в условиях рынка. Значимая роль при этом отводится постоянному созданию безотходных технологий, подразумевающих использование качественных мясных продуктов. 
Необходимо широкое вовлечение в мясоперерабатывающую сферу производства всех существующих видов сырья, которое получается в результате переработки сельскохозяйственных животных, а также его рациональное использования. 
Вовлечение в производство вторичного сырья мясного производства может способствовать значительной экономии затраченных материальных ресурсов, а также созданию абсолютно безотходных технологий, что способствует оздоровлению экологической обстановки. Субпродукты второй категории как раз являются подходящим видом сырья, так как они в силу относительно низких технологических и функциональных свойств, недостаточно широко применяются в производстве мясных продуктов высокого качества. 
В последние годы, среди многообразия приемов обработки вторичного мясного сырья самым перспективным направлением является применение современных биотехнологических методов, которые базируются на применении разных видов микроорганизмов. Рациональное использование новых биотехнологических методов для модификации функционально-технологических свойств вторичного мясного сырья с целью его улучшения и дальнейшего использования в процессе изготовления мясных изделий, является бесспорно перспективным и актуальными
Вышесказанное подтверждает необходимость проведения научно-исследовательской работы по этому вопросу 





Цели и задачи исследования
Целью представленной работы является товароведная оценка вареных колбас, в производстве которых использовалось биотрансформированное сырьё.
Руководствуясь поставленной целью при исполнении дипломной работы, решались следующие задачи:
1. обоснование применения выделенных штаммов молочнокислых микроорганизмов в процессе биотрансформации вторичного сырья;
определение качественного и количественного состава бактериальной закваски с целью проведения биотрансформации вторичного мясного сырья;
2. получение белкового композита на основе бактериальной закваски и легких;
3. определение оптимального количества вводимого в продукт белкового композита при изготовлении вареных колбас;
4. проведение комплексного исследования химических, физических, технологических, органолептических и микробиологических характеристик вареных колбас, в производстве которых использовался белковый композит

Глава 1. Аналитический обзор
1.1  Краткий обзор проблем и вопросов отечес?твенной м?я?с?о?пер?ер?а?б?а?т?ы?в?а?ю?щ?е?й о?т?р?а?с?л?и?
Перед современными перерабатывающими промышленностями стоит задание повышения уровня эффективности рационального использования сырья, сокращения количества отходов производства, постоянного расширения ассортимента и улучшения качества выпускаемых продуктов. Конечно же это касается и сырья животного происхождения. По прогнозам экспертов, в ближайшем будущем стремительное развитие получат технологии, позволяющие наиболее эффективно использовать природное сырье.
Современная идея совершенствования и модернизации производства основывается на ресурсосбережении как единственном реальном источнике увеличения сырьевой базы отраслей перерабатывающей промышленности. В мясоперерабатывающей отрасли нашей страны огромное количество белоксодержащих ресурсов по-прежнему остается невостребованным. Среди них особый научный интерес представляет вторичное сырьё - продукты забоя животных содержащие коллаген.
Постоянно меняющиеся т?е?н?д?е?н?ц?и?и в о?б?л?а?с?т?и п?р?о?м?ы?ш?л?е?н?н?о?г?о п?р?о?и?з?в?о?д?с?т?в?а п?родуктов питания с?в?я?з?а?н?ы с с?о?з?д?а?н?и?е?м широкого а?с?с?о?р?т?и?м?е?н?т?а ф?у?н?к?ц?и?о?н?а?л?ь?н?ы?х п?р?о?д?у?к?т?о?в?, которые с?п?о?с?о?б?с?т?в?у?ю?т п?о?д?д?е?р?ж?а?н?и?ю и к?о?р?р?е?к?ц?и?и з?д?о?р?о?в?ь?я населения п?р?и и?х е?ж?е?д?н?е?в?н?о?м употреблени?и в рационе питания?, з?а с?ч?е?т нормализирующего и регулирующегрегулирующо д?е?й?с?т?в?и?я н?а о?р?г?а?н?и?з?м человека л?и?б?о н?а о?п?р?е?д?е?л?е?н?н?ы?е е?г?о системы о?р?г?а?н?ов?. О?с?о?б?а?я р?о?л?ь п?р?и?н?а?д?л?е?ж?и?т в?т?о?р?и?ч?н?ы?м п?р?о?д?у?к?т?а?м р?а?з?д?е?л?к?и и п?е?р?е?р?а?б?о?т?к?и с?е?л?ь?с?к?о?х?о?з?я?й?с?т?в?е?н?н?ы?х ж?и?в?о?т?н?ы?х и п?т?и?ц?ы к?а?к основного и?с?т?о?ч?н?и?к?а б?е?л?к?о?в и и?х составляющих с?т?р?у?к?т?у?р?н?ы?х е?д?и?н?и?ц – н?е?з?а?м?е?н?и?м?ы?х а?м?и?н?о?к?и?с?л?о?т?, а т?а?к?ж?е п?о?л?и?н?е?н?а?с?ы?щ?е?н?н?ы?х ж?и?р?н?ы?х к?и?с?л?о?т и д?р?у?г?и?х м?а?к?р?о - и м?и?к?р?о?н?у?т?р?и?е?н?т?о?в?. 
И?х р?о?л?ь чрезвычайно важна в ц?е?л?е?н?а?п?р?а?в?л?е?н?н?о?м о?б?о?г?а?щ?е?н?и?и п?р?о?д?у?к?т?о?в п?и?т?а?н?и?я и т?р?а?д?и?ц?и?о?н?н?о?г?о а?с?с?о?р?т?и?м?е?н?т?а?, и современных технологичеких ф?о?р?м?, в?к?л?ю?ч?а?я а?н?а?л?о?г?о?в?ы?е и и?м?и?т?и?р?у?ю?щ?и?е т?р?а?д?и?ц?и?о?н?н?ы?е п?р?о?д?у?к?т?ы м?а?с?с?о?в?о?г?о п?о?т?р?е?б?и?т?е?л?ь?с?к?о?г?о с?п?р?о?с?а?, с?п?о?с?о?б?н?ые о?к?а?з?ы?в?а?т?ь в?о?с?с?т?а?н?а?в?л?и?в?а?ю?щ?е?е и с?т?а?б?и?л?и?з?и?р?у?ю?щ?е?е д?е?й?с?т?в?и?е н?а в?н?у?т?р?е?н?н?ю?ю с?р?е?д?у о?р?г?а?н?и?з?м?а ч?е?л?о?в?е?к?а?. В с?в?я?з?и с р?е?а?л?и?з?а?ц?и?е?й г?о?с?у?д?а?р?с?т?в?е?н?н?о?й п?о?л?и?т?и?к?и з?д?о?р?о?в?о?г?о п?и?т?а?н?и?я нынешние п?о?д?х?о?д?ы к р?а?ц?и?о?н?а?л?ь?н?о?м?у и?с?п?о?л?ь?з?о?в?а?н?и?ю к?о?л?л?а?г?е?н?с?о?д?е?р?ж?а?щ?е?г?о с?ы?р?ь?я в т?е?х?н?о?л?о?г?и?и п?р?о?и?з?в?о?д?с?т?в?а м?я?с?н?ы?х п?р?о?д?у?к?т?о?в основываются н?а с?о?в?р?е?м?е?н?н?ы?х м?е?д?и?к?о?-б?и?о?л?о?г?и?ч?е?с?к?и?х т?р?е?б?о?в?а?н?и?я?х к с?б?а?л?а?н?с?и?р?о?в?а?н?н?о?м?у и полноценному п?и?т?а?н?и?ю?. В э?т?о?м немаловажная р?о?л?ь о?т?в?о?д?и?т?с?я с?о?е?д?и?н?и?т?е?л?ь?н?о?т?к?а?н?н?ы?м б?е?л?к?а?м к?а?к и?с?т?о?ч?н?и?к?у п?и?щ?е?в?ы?х в?о?л?о?к?о?н с?о в?с?е?м?и п?р?и?с?у?щ?и?м?и и?м ф?и?з?и?о?л?о?г?и?ч?е?с?к?и?м?и с?в?о?й?с?т?в?а?м?и?.
О?д?н?и?м и?з существующих с?п?о?с?о?б?о?в п?о?л?у?ч?е?н?и?я б?е?л?к?о?в?ы?х п?р?о?д?у?к?т?о?в и?з м?а?л?о?ц?е?н?н?о?г?о с?ы?р?ь?я я?в?л?я?е?т?с?я е?г?о г?и?д?р?о?л?и?з?, процесс, п?о?з?в?о?л?я?ющий п?о?л?у?ч?а?т?ь п?р?е?п?а?р?а?т?ы и?з?о?л?и?р?о?в?а?н?н?ы?х к?о?л?л?а?г?е?н?о?в?ы?х б?е?л?к?о?в в?ы?с?о?к?о?й с?т?е?п?е?н?и о?ч?и?с?т?к?и?, а т?а?к?ж?е с?т?и?м?у?л?и?р?о?в?а?т?ь к?л?ю?ч?е?в?ы?е ф?у?н?к?ц?и?о?н?а?л?ь?н?ые и т?е?х?н?о?л?о?г?и?ч?е?с?к?и?е характеристики, п?р?и?м?е?н?и?т?е?л?ь?н?о к о?т?р?а?с?л?я?м п?и?щ?е?в?о?го п?р?о?изводства и?, в ч?а?с?т?н?о?с?т?и?, изготовлению к?о?л?б?а?с?н?ы?х и?з?д?е?л?и?й?.
 С?ы?р?ь?е?, которое о?т?н?осится к?о второй г?р?у?п?п?е с?у?б?п?р?о?д?у?к?т?о?в?, часто и?с?п?о?л?ь?з?у?ю?т в составе к?о?м?б?и?н?и?р?о?в?а?н?н?ы?х ф?у?н?к?ц?и?о?н?а?л?ь?н?ы?х д?о?б?а?в?к?а?х в с?о?ч?е?т?а?н?и?и с к?о?м?п?л?и?м?е?н?т?а?р?н?ы?м?и п?о а?м?и?н?о?к?и?с?л?о?т?н?о?м?у с?о?с?т?а?в?у и?с?т?о?ч?н?и?к?а?м?и?, н?а?п?р?и?м?е?р?, б?е?л?к?а?м?и ч?е?ч?е?в?и?ц?ы?, л?ю?п?и?н?а?, а?м?а?р?а?н?т?а?, н?у?т?а и д?р?у?г?и?х о?т?е?ч?е?с?т?в?е?н?н?ы?х к?у?л?ь?т?у?р?, а?л?ь?т?е?р?н?а?т?и?в?н?ы?х с?о?е?в?ы?м б?е?л?к?о?в?ы?м п?р?е?п?а?р?а?т?а?м зарубежного п?р?о?и?з?в?о?д?с?т?в?а?. Т?а?к?и?е д?о?б?а?в?к?и о?б?е?с?п?е?ч?и?в?а?ю?т э?к?о?н?о?м?и?ю качественногокачест с?ы?р?ь?я с э?ф?ф?е?к?т?о?м о?б?о?г?а?щ?е?н?и?я баластными в?е?щ?е?с?т?в?а?м?и ж?и?в?о?т?н?о?г?о п?р?о?и?с?х?о?ж?д?е?н?и?я б?е?з с?н?и?ж?е?н?и?я пищевой ц?е?н?н?о?с?т?и?. В п?о?с?л?е?д?н?е?е в?р?е?м?я существенно в?озр?о?с п?р?а?к?т?и?ч?е?с?к?и?й и?н?т?е?р?е?с к различным с?п?о?с?о?б?а?м эффективного и?с?п?о?л?ь?з?о?в?а?н?и?я м?а?л?о?ц?е?н?н?ы?х к?о?л?л?а?г?е?н?с?о?д?е?р?ж?а?щ?и?х п?р?о?д?у?к?т?о?в заб?о?я п?т?и?ц?ы?. П?р?оизводства п?т?и?ц?е?п?е?р?е?р?а?б?а?т?ы?в?а?ю?щ?е?й п?р?о?м?ы?ш?л?е?н?н?о?с?т?и х?а?р?а?к?т?е?р?и?з?у?ю?т?с?я большим к?о?л?и?ч?е?с?т?в?о?м н?е?в?о?с?т?р?е?б?о?в?а?н?н?о?г?о в?т?о?р?и?ч?н?о?г?о с?ы?р?ь?я?: перо ,г?о?л?о?в?ы?, шкурка, сердце, н?о?г?и?, ж?е?л?у?д?к?и??, п?е?ч?е?н?ь?, и т?. д?.
Попытка  успешно использовать соединительнотканные белки в изготовлении пищевых продуктов в рамках традиционных технологий не дала желаемых результатов из-за низких органолептических и различных функциональных характеристик нативных компонентов соединительных тканей в рецептурах мясных продуктов. Одним из способов получения белковых продуктов из малоценного сырья является гидролиз, процесс, позволяющий получать препараты изолированных коллагеновых белков высокой степени очистки, а также стимулировать ключевые функциональные и технологические свойства применительно к отраслям пищевой промышленности, в частности, производству колбасных изделий. Часто сырье, отнесенное ко второй группе субпродуктов, используют в комбинированных функциональных добавках в сочетании с комплиментарными по аминокислотному составу источниками, например, белками чечевицы, нута, люпина и других отечественных культур, альтернативных соевым белковым препаратам зарубежного производства. Такие добавки обеспечивают экономию высокосортного сырья с эффектом обогащения балластными веществами животного происхождения без снижения биологической ценности. 
В последнее время вырос практический интерес к способам рационального использования малоценных коллагенсодержащих продуктов убоя птицы. Предприятия птицеперерабатывающей промышленности характеризуются значительным количеством мало или вовсе невостребованного вторичного сырья: головы, ноги, желудки, сердце, печень, шкурка, перо и т. д.
Большое количество белка (17-25%), основную массу которых представляют белки коллаген или эластин, позволяет по-новому оценить возможности вторичных продуктов убоя с целью их дальнейшего использования в качестве пищевого сырья и источника получения биопрепаратов. Обоснование и разработка путей рационального использования вторичного сырья, обеспечивающие рост производственного потенциала отрасли, расширение ассортимента продуктов и повышение выхода на единицу перерабатываемого сырья, представляют особый научно-практический интерес. Одним из путей рациональной переработки субпродуктов второй группы является получение пищевых гидролизатов. Они характеризуются высокой растворимостью и жироудерживающей способностью и часто используются в технологии производства паштетов и различных колбасных изделий. Так как гидролизаты содержат продукты деструкции коллагена, то позволяют дополнительно обогатить паштеты пищевыми волокнами, обеспечивают увеличение доли связанной влаги в фаршевых системах.
Белковые гидролизаты широко применяются не только как компонент пищи, но и как диетический продукт для лечебного питания.



1.2 Вторичное сырье - дополнительный источник белка
Предприятия, реализующие свою деятельность в мясной промышленности, имеют в своём арсенале широкий ассортимент вторичного сырья, получаемого при переработке животных, выращиваемых для забоя. Важно отметить, что только 65 % от количества всех супродуктов в мясной промышленности, получаемых при переработке, относятся ко второй категории. Наличие в составе соединительной ткани, придаёт продукту жёсткую консистенцию, существенно снижает пищевую ценность, что естественным образом сказывается на качестве.
Большое количество исследований и разработок, связанных с пищевыми ресурсами, обусловлены их потенциальной возможностью возмещения белкового дефицита в повседневном питании человека, это обосновывается тем, что субпродукты первой и второй категорий представляют собой неоспоримый источник белка.
Существующие субпродукты конечно же нельзя назвать равноценными по своему химическому составу и пищевой ценности. Различны они и по усваиваемости и эффективности использования желудочно-кишечным трактом. Коэффициент переваримости разных видов субпродуктов убывает в такой последовательности: сердце, почки, язык, печень.
Каждый существующий вид сырья должен быть подвергнут индивидуальному выбору способа обработки. Требуемый конечный эффект с технологической точки зрения может достигаться различными способами воздействия на исходное сырьё (материал).
Современные технологии переработки второсортных мясных продуктов, применяемые на мясных производствах, сталкиваются с проблемой оптимального его использования, в основном трудности возникают из-за упрочнённого, сложного строения белков.
Такие исходники, прежде чем использовать в изготовлении зельцев, колбас, студней и др. проходят предварительную обработку. Рекомендуется проводить непродолжительное куттерование замороженного сырья, его варку, ферментативную обработку, и только после этого вносить его в фарш. Механическая гомогенизация материала не может гарантировать необходимого улучшения его технологических и функциональных характеристик. С успехом могут применяться субпродукты в виде гидролизатов белков, полученных на их основе. Целый ряд исследователей рекомендует вводить их в традиционные мясные продукты (Бойко О. А., Соколов А. Ю., 2010).   Также реально получение суспензий, паст, многокомпонентных эмульсий и структурированных систем из потенциально малоценного сырья. Они способны обеспечить целенаправленную регулировку химического состава и нужных критериев изготавливаемых мясных изделий.


1.3 Обзор существующих направлений в мясном производстве по переработке коллагенсодержащего сырья
Современная мясная индустрия располагает большим многообразием способов, которые позволяют необходимым образом модифицировать качественные характеристики неполноценного белка. Существуют такие методы изменения свойств белков: ферментативная модификация, тепловая денатурация белков, изменение ионного состава, изменение заряда белка, компрессионное воздействие.

1.3.1 Обработка коллагенсодержащего сырья сжатыми газами

НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции были получены результаты, свидетельствующие об изменении технологических характеристик мяса, подвергнутого компрессионной обработке давлением в 4 МПа в среде диоксида углерода. Изменение белков и размягчение мяса под давлением происходит за счет вторичного эффекта катепсиновой активации, т.е. активность катепсинов значительно возрастает при компрессионной обработке. В результате мясо становилось более нежным, снижалась микробная контаминация, увеличивалась влагоудерживающая способность на 5-6%. Подобные исследования ведутся в университетах ЮЖИ (Япония) и лаборатории исследования мяса (Австралия).

1.3.2 Химические способы обработки коллагенсодержащего сырья

В Японии, Германии, США и Франции используются щелочно-солевые способы обработки коллагенсодержащего сырья. Применение этих способов позволяет перевести в растворенное состояние сухожилия и дерму крупного рогатого скота. В результате такой обработки происходит разрыхление волокнистой структуры коллагена, удаление сопутствующих веществ и разрыв межцепных связей, что приводит к дезорганизации и дезинтеграции структурных элементов коллагена.

Щелочно-солевые способы обработки свиной шкурки
На мясоперерабатывающих комбинатах всегда существовала проблема переработки свиной шкурки, которая составляет 7% от всей массы туши. Свиные шкуры насыщенны белком, жиром, минеральными веществами и могут благополучно применяться как источник сырья для изготовления продуктов питания. Коллаген является одним из основных белков свиной шкурки. Этот белок в нативной форме не подвергается воздействию пищеварительных ферментов, имеет гидрофобные свойства, не растворим в слабых концентрациях щелочей и кислот, имеет относительно высокую механическую прочность благодаря наличию в его молекуле поперечных водородных связей.

Для модификации функциональных и технологических характеристик свиной шкурки применялись следующие реактивы: соляная кислота, гидроксид натрия и хлорид натрия. Оптимальная концентрация гидроксида натрия составила 7%, а длительность воздействия - 13 ч с последующим промыванием солевым раствором на протяжении 2 ч и последующей нейтрализацией раствором соляной кислоты с концентрацией 3% в течение 15 мин. Определён максимально допустимый уровень включения в состав белкового продукта свиных шкур, он составляет 10% взамен адекватного количества мясного сырья.
Препарат "Пелль фреш лактик" ("Индазия Гевюрцверк ГмБх", Германия) был специально подобран с целью размягчения и набухания свиной шкурки. Действие "Пелль фреш лактик" на белок свиной шкурки основывается на том, что молочная кислота, которая входит в состав данного препарата, создает кислую среду, которая оптимальна для максимальной степени набухания коллагена. Изменения, которые происходят при этом процессе в молекуле коллагена, сопровождаются разрыхлением внутренней структуры и существенным повышением гидратационной способности. Процесс изготовления белкового стабилизатора производят следующим образом: свиную шкурку обезжиривают, размораживают и выдерживают в растворе препарата "Пелль фреш лактик" на протяжении 12-24 ч, затем промывают под холодной водой и измельчают на куттере. В результате образуется тонкодиспергированная, однородная масса с конечным выходом 200-300%, которую можно эффективно использовать для выработки широкого ассортимента мясных изделий (вареных и полукопченых колбас, сосисок, сарделек, мясных хлебов). Полученный белковый стабилизатор из сырой свиной шкурки обладает водосвязывающей и студнеобразующей способностями, оказывает положительной влияние на структурно-механические и реологические свойства мясных эмульсий, благоприятствует улучшению консистенции и снижению термопотерь готового продукта.

1.3.3 Методы ферментной модификации коллагенсодержащего сырья

Применение ферментов для обработки мясного сырья один из технологических приемов, который позволяет (при научно обоснованном его использовании) интенсифицировать технологические процессы производства мясных продуктов, а также улучшить их качество и расширить существующий ассортимент. Под воздействием ферментов происходит трансформация белков, что влечет за собой изменение консистенции, уровня водосвязывающей и адгезионной способности продукта.

Ферменты, используемые на сегодняшний день в мясной промышленности, подразделяются на три группы в зависимости от их происхождения: животного, растительного и микробного. По направленности действия ферменты классифицируют на протеолитические и липолитические.

Однако опыт применения ферментных препаратов показывает, что далеко не все ферменты при обработке мяса дают необходимый эффект. Некоторые из применяемых ферментов, воздействующие на белки мышечных волокон, практически не способствуют протеканию гидролиза белков соединительной ткани, предопределяющих жесткость мяса. Интенсивность и изменение белковой структуры мяса зависит от вида, дозировки препарата, физико-химических условий, определяющих активность действия фермента, продолжительность обработки. При выборе ферментов необходимо объективно оценивать опасность микробиальной порчи, которая может возрастать вследствие использования некоторых препаратов протеолитического действия, специфику сырья, остаточную активность таких ферментов в готовых изделия и ряд других факторов.

Преимущества и недостатки использования ферментов животного происхождения

Ферменты животного происхождения представляют собой препараты, которые получают на предприятиях мясной промышленности из эндокринно-ферментного сырья.

К примеру, ферменты коллагеназа и эластаза синтезируются поджелудочной железой животных и модифицируют коллаген на 75,0-87,5%. Это обусловлено тем, что они способны разрывать пептидную связи в цепях коллагена, образованную аминогруппой глицина и карбоксильной группой какой-либо другой аминокислоты. Коллагеназно-эластазный комплекс синтезируют из экстрактов поджелудочной железы, но из-за ограниченности источников получения этот препарат выпускается исключительно для медицинских целей. На практике, для обработки различных белковых субстратов применяются ферменты трипсин, пепсин, химотрипсин, ренин, или комплекс ферментов - панкреатин.

Трипсин – фермент, относящийся к классу гидролаз, обладает способностью расщеплять пептиды и белки, способствует гидролизу сложных эфиров, то есть проявляет эстеразную активность.

Пепсин гидролизует пептидные связи и расщепляет белки. Фермент имеет выраженную коллагеназную, эластазную и актиномиозиновую активность при рН 6,0.

Ренин обладает способностью расщеплять пептиды. Его активность находится в прямой зависимости от количественного соотношения химозина и пепсина.
Панкреатин содержит химотрипсин и карбоксилазу, трипсин и амилазу, в небольшом количестве коллагеназу и эластазу. Он вызывает агрегацию внутримышечной соединительной ткани в достаточной для размягчения мяса степени 35%. Температурный оптимум панкреатина составляет 50°С при рН 6,0-7,0.

Источники этих ферментов – поджелудочная железа и слизистая оболочка желудка животных. Обработка этими ферментами способствует растворению коллагена, разрыхлению его структур.

Другим важным ферментом, который присутствует в мясной системе, является катепсин. Оптимум его действия проявляется при рН 4-5. Аскорбиновая кислота обладает выраженным стимулирующим действием на катепсин. Работа катепсинов начинается после гибели животного, в период, когда концентрация водородных ионов возрастает в результате накопления молочной кислоты. Фермент катализирует гидролиз белков с образованием свободных аминокислот, полипептидов и пептидов.

Применение коллагена и эластина при гидролизе белков целесообразно лишь после их предварительной термической обработки. Помимо этого, ферменты животного происхождения протеолитического действия достаточно термолабильны, их источники получения ограничены, препараты имеют высокую стоимость. Несмотря на это, их успешно применяют в ряде стран для обработки мясного сырья с целью получения более качественных пищевых продуктов. В целом же использование ферментных препаратов животного происхождения следует признать довольно проблематичным.

В городе Воронеже в одной из технологических академий проводились исследования влияния ферментного препарата коллагеназы из гепатопанкреаса камчатского краба на мясное сырье с разной долей соединительной ткани. Препарат проявляет активность в нейтральной и слабощелочной среде по отношению к различным белковым субстратам: казеинату натрия, гемоглобину, бычьему сывороточному альбумину и коллагену. Объектом исследования служили образцы говядины второго сорта, а также жилы крупного рогатого скота. Микроструктурный анализ образцов выявил, что препарат коллагеназы из гепатопанкреаса камчатского краба имеет выраженную коллагенолитическую активность, а также способность гидролизовать не денатурированный коллаген.

Преимущества и недостатки применения ферментов растительного происхождения

Для воздействия на коллагенсодержащее сырье известен целый ряд ферментов растительного происхождения: папаин, фицин, бромелин.

Папаин проявляет активность при рН 5-7. Фермент резистентен к нагреванию до 70°С и полностью инактивируется при 80-85°С. Папаин при температуре 60°С гидролизует коллаген и эластин, имеет выраженную активность по отношению к актомиозину. На нативный коллаген папаин практически не влияет.

Фицин хорошо расщепляет денатурированный коллаген и эластин. Оптимум действия проявляет при pH 7,0 и температуре до 65°С. Фицин может гидролизовать нативный коллаген, хотя его активность в отношении последнего заметно слабее и хорошо проявляется исключительно при pH 3, а также резко активизируется при повышении температуры до 60°С.

Бромелин имеет более выраженную протеолитической активностью, чем папаин. Оптимум действия фермента лежит в пределах pH 6-7. Фермент проявляет высокую коллагеназную активность при температуре 60°С. Однако он менее активен в отношении белка эластина. На нативный коллаген препарат не действует. В отношении миозина обладает относительно низкой протеолитической активностью.

Эти ферменты получают из млечного сока дынного и фигового деревьев, плодов ананаса. Ферменты оказывают разнообразное воздействие на животные белки.

При этом гидролитический эффект зависит от температуры обработки. Деструкция коллагеновых и эластиновых волокон различных тканей под действием этих ферментов происходит лишь после их денатурации. Говоря об эффективности использования ферментов растительного происхождения в мясной промышленности, важно отметить их значение для обработки мяса с целью тендеризации.

Что касается гидролиза коллаген- и эластинсодержащего сырья под воздействием этих ферментов, то, по экономическим и биохимическим соображениям их применение неактуально из-за ограниченности источников получения, высокой себестоимости и относительно слабого воздействия на белки коллаген и эластин.

Использование ферментных препаратов микробного происхождения

Ферменты микробного происхождения отличаются явными преимуществами при их использовании в сфере мясной промышленности. Это, прежде всего, связано с безграниченностью их источников получения, возможностью методов генетической инженерии и селекции значительно повысить их продуктивность по интересующим параметрам, а также получить целевой препарат при варьировании условий выращивания и компонентного состава питательных сред.

Ферментные системы всех микроорганизмов, будь то бактерии, дрожжи или микроскопические грибы, имеют широким спектр и глубину воздействия на субстрат.

Воронежской технологической академией совместно с Казанским технологическим институтом проведены исследования направленные на изучение влияния препаратов мегатерин Г10Х и протосубтилин Г10Х. Первый препарат получен из продуцента Bacillus megaterium. Мегатерин ГC10Х имеет высокую протеолитической и коллагенолитическую активностью. Протеолитический комплекс препарата состоит из двух ферментов, отличающихся кислотным оптимумом действия. Протеазы препарата имеют максимальную активность в области рН 6,8-7,2 и 7,6-8,0 при температуре 37-42°С. Протосубтилин Г10Х - препарат микробной протеиназы Bacillus subtilis, применяемый для производства белковых гидрализатов, проявляет максимальную активность препарат в области pH 7,0-7,2.
В качестве исследуемых образцов использовался модельный фарш, составленный на основе говядины второго сорта. Результаты эксперимента выявили положительный эффект применения мегатерина Г10Х для обработки мяса. Добавление мегатерина Г10Х существенно улучшает функционально-технологические характеристики мясного сырья, обеспечивает хороший выход и переваримость продукта.
Также проводилось изучение воздействия мегатерина Г10Х на водо- и солерастворимые фракции белков говядины второй категории. Как показали исследования, ферментный препарат мегатерин Г10Х одинаково эффективно гидролизовал водо- и солерастворимую фракции белков.

В государственной технологической академии проводились исследования по переработке шквары жирового производства в гидролизат при помощи ферментного препарата Penicillium wortmanii, полученный гидролизат использовали при производстве мясного хлеба.
Используемые с целью повышения уровня качества мяса ферментные препараты должны обладать следующими характеристиками: 
- вызывать изменение соединительной ткани; 
- не вызывать выраженные изменения мышечной ткани; 
- иметь более высокий температурный оптимум действия, сохраняя при этом способность частично изменять ткани при тепловой обработке; 
- действовать в слабокислой или нейтральной среде с максимальной активностью; 
- быть безвредным для человека.
Существующий опыт использования ферментных препаратов показывает, что далеко не все ферменты, которые имеют высокую протеолитическую активность, при обработке мясных изделий дают необходимый эффект. При этом ключевую роль имеет специфичность к разрыву пептидных связей при гидролизе животных белков, благоприятный оптимум действия ферментов, природа их активаторов и ингибиторов. В настоящее время известно несколько способов обработки мяса ферментами: инъекции раствора в кровеносную систему животных, добавление ферментного раствора к мясному фаршу, шприцевание раствора фермента в шею, поверхностная обработка мяса ферментами. Шприцевание ферментного раствора в шею оказалось наиболее приемлемым существующим методом для современного производства. Вводимый раствор содержит в своём составе ферментный препарат, поваренную соль и пищевые добавки. Специфичность протеиназ, содержащихся в препаратах, предопределяет глубину и характер трансформации внутримышечной соединительной ткани под воздействием протеолитических ферментов.
Повышенная резистентность коллагеновых и эластиновых волокон к термической дезагрегации предопределяет ряд пороков готовых изделий.
Для ликвидации этих недостатков используют жиловку сырья. Обобщение результатов работ, выполненных Н.Н. Липатовым, В.Г. Боресковым и др. позволило предположить, что альтернатива операции жиловки при производстве мясопродуктов из сырья с высоким процентом содержания соединительной ткани существует. Это биотехнологическая модификация такого сырья за счёт его обработки протеолитическими ферментными препаратами, которые имеют выраженную коллагеназную и эластазную активность. Ферментирование сырья с высокой массовой долей соединительной ткани благоприятствует возрастанию скорости диффузионно-фильтрационного распределения посолочных ингредиентов при посоле такого сырья. Доказано, что при обработке сырья протеолитическими ферментами, происходит увеличение равномерности распределения хлорида натрия. В последнее время, на разработке специальных ферментных препаратов акцентируется повышенное внимание, в связи с проблемой максимального привлечения вторичных белковых ресурсов и перспективой создания безотходных технологий.
Обеспечение перспективного подъёма в этом направлении может быть достигнуто благодаря разработкам эффективных микробных препаратов. Многие микроорганизмы обладают способностью синтеза специфических ферментов, расщепляющие животные протеины. Среди них выделяются виды, которые гидролизуют белки типа коллагена, эластина, кератина.
Использование ферментных препаратов при обработке кожевенного сырья безусловно одно из перспективных методов модернизации технологических процессов, происходящих на кожевенном производстве. Многозвеньевая организация структуры основного белка шкуры – коллагена, а также наличие в шкуре растворимых и нерастворимых компонентов разнообразной химической природы, - определяют сложный характер реакций при ферментативной обработке.

Среди всех предварительных процессов кожевенного производства самым трудоёмким является обезволашивание. Наиболее перспективным для всех видов сырья показало себя обезволашивание проводимое при помощи ферментов. Для достижении эффекта обезволашивания установлена целесообразность использования ферментов, которые действуют на разные виды веществ, содержащихся в дерме - белки, углеводы, жиры, ведущее место среди которых отводится специальным протеазам.


1.3.4 Модификация вторичного сырья под действием различных видов микроорганизмов

Все существующие биотехнологические процессы предполагают применение живых систем. Использование микроорганизмов в мясной сфере промышленности предопределяется рядом их уникальных свойств. Одно из них - высокая интенсивность роста. Каждый известный микроорганизм является продуцентом многих веществ (органические кислоты, ферменты спирты, антибактериальные вещества,). К примеру, молочнокислые микроорганизмы продуцируют молочную кислоту, таким образом, уменьшая показатель рН фаршевых систем, что безусловно способствует отрицательному влиянию на рост условно-патогенной и патогенной микрофлоры, что особенно важно при создании продукции высокого качества.

Тем не менее, необходимость производства продуктов с заданными показателями качества и безопасности привела к  началу применения микроорганизмов, обладающими высокими производственно-ценными характеристиками.

Мясное сырьё с высоким содержанием соединительной ткани в составе и высоким уровнем контаминации в производстве высококачественных мясных продуктов ограничено, из-за его низких функциональных и технологических свойств. Исключение составляет обработка такого сырья консорциумом микроорганизмов лактобактерий плантарум 31, 32 и Macrococcus caseolyticus 38, позволяющая получить биомассу, которая качественно отличается от субстрата по своему составу. В результате обработки вторичного мясного сырья выбранными штаммами происходят следующие изменения: быстрое падение показателя рН, приводящее к резкому уменьшению интенсивности развития условно-патогенной микрофлоры; накопление биомассы, обогащенной продуктами метаболизма и незаменимыми аминокислотами, увеличение процента полноценного по своим качествам белка; улучшение сенсорных характеристик, накопление ароматобразующих веществ.

Биотрансформированное мясное сырье успешно применяли в технологии изготовления паштетов. Полученные результаты говорят о том, что паштеты, которые содержат белковый композит фактически не отличаются по содержанию вкусоароматических соединений от контрольного образца, произведённого с применением традиционной технологии.
1.4 Традиционное использование микроорганизмов в производстве ферментированных мясных продуктов
Во многих странах мира используют множество различных видов микроорганизмов при изготовлении полукопченых, варено-копченых, сырокопченых колбас, так как результаты их жизнедеятельности играют ключевую роль в формировании уникальных свойств мясных изделий.
В США в 1940 г. ученые Енсон и Педдок получили патент на применение лактобацилл Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermenti в качестве стартовых культур для производства сырокопченых колбас. Их использовали в те годы в Америке преимущественно при производстве «летней колбасы", в которую добавлялся нитрит натрия. В 1955 г. ученым из Финляндии с фамилией Ниинивара была разработана научная теория инокуляции микрококков и применения стартовых культур, получившая своё подтверждение на практике.
После публикации работ американских ученых Уилсона, Нивена, Дейбеля (1958 г), а также немецкого микробиолога Касбома (1954) г. стало известно важное значение молочнокислых бактерий в процессе созревания ферментированных колбас. Крупнейшие ученые в области мясной промышленности: Кухаркова, Лаврова, Лейстнер, Вирт, Хехельман, Крылова и др. внесли неоценимый вклад в совершенствование технологий производства, систематизацию проведенных исследований, а также разработку отдельных теоретических основ. В настоящее время в различных странах мира проводятся работы по получению новых штаммов микроорганизмов, исследованию их характеристик с перспективой применения в пищевой промышленности.
Так, в Кульмбахе, немецкими исследователями из ферментированных колбас был выделен новый штамм Lactobacillus versmoldensis sp. nov (KU-3T).
Этот штамм присутствовал в больших количествах и часто доминировал над другими молочнокислыми бактериями в сырых колбасах.
В Турции из традиционной колбасы суджук.......................