СПОСОБ ВОСПОЛНЕНИЯ ВЛАГИ В ИЗМЕЛЬЧЕННОМ МЯСЕ И ПОЛУЧАЕМЫЙ ИЗ НЕГО МЯСОПРОДУКТ Российский патент 2008 года по МПК A23L1/317 A23B4/02 

Изобретение относится к мясной промышленности, в частности к способам искусственного введения воды в измельченное мясо с целью восполнения утрачиваемой природной влаги при производстве мясопродуктов, например колбасных изделий, рубленых полуфабрикатов и т.п.

Изобретение может быть использовано при производстве продуктов из белковой биомассы растительного происхождения, рыбы, грибов.

Известны способы посола мяса сухими посолочными смесями, например [RU 2102890, 1998 и RU 2277358, 2005]. При использовании сухих посолочных смесей невозможно восполнить естественную влагу, утраченную на предыдущих технологических операциях обработки мясного сырья, без использования специальных влагосвязывающих добавок [Заявка РФ 99108103, 2001], особенно если мясо подвергалось заморозке. Как правило, такие влагосвязывающие добавки сами по себе не относятся к веществам, традиционно используемым в пищу.

При производстве, например, колбасных изделий в приготавливаемый фарш воду добавляют в виде льда [RU 2212169, 2003, RU 2212160, 2003, RU 2211604, 2003]. Известен способ производства колбас, в котором в процессе приготовления фарша из посоленного измельченного мяса в него с целью увеличения выхода продукта добавляют непосредственно жидкость [RU 2264111, 2002]. Общеизвестно, что растворяющая способность воды, которая определяет ее способность гидратировать биополимеры мяса, до определенного предела увеличивается с ростом температуры. Приготовление же фарша для любых изделий из мяса во избежание неконтролируемого роста микрофлоры ведется при температурах ниже комнатной [1]. Энергия водородных связей, благодаря которым вода образует прочные гидратные оболочки биополимеров, соединяясь с ними в результате реакции гидратации [2], равная энергии водородных связей внутри самой воды, соответствует температуре порядка +70...+80°С. Чтобы эффективно гидратировать белки мяса, необходимо предварительно разрушить собственную структуру воды, образованную водородными связями ее молекул между собой [3]. Поэтому имеющая внутреннюю структуру вода, тем более, если она добавляется в состоянии льда, слабо вступает в реакцию гидратации белков мяса и впоследствии, особенно в ходе операций термической обработки фарша, например при производстве колбас, может легко отделиться в виде отеков.

Известен способ, где в качестве добавляемой жидкости в процессе посола мяса используют электрохимически-активированную воду [4]. В такой воде собственная структура разрушена энергией, вызывающей диссоциацию молекул воды, которая превышает энергию водородных связей [5]. Но способ такого активирования воды - электролиз - исключает наличие в ней любых электролитов, например, растворенных минеральных солей в самых малых концентрациях во избежание возникновения электродных реакций с образованием опасных для человеческого организма веществ. Использование же для активирования предварительно очищенной воды требует значительных энергетических затрат, дополнительного расхода материалов и химикатов, а также последующего восстановления минерального состава, которым должна обладать вода, используемая как ингредиент пищевого продукта. Все это делает способ затратным, малопроизводительным и непригодным в массовом производстве продуктов питания.

Известен способ гидратации биополимеров, в том числе животного происхождения, например, содержащихся в мясном фарше, в котором вода не требует предварительной химической очистки для разрушения в ней межмолекулярной структуры. Здесь вода может активироваться и вводиться в мясо как в виде раствора посолочных веществ, так и отдельно от соли. При осуществлении этого способа производят обработку воды или рассола кавитацией с заданными параметрами и затем смешивают ее с биомассой [RU 2279918, 2006]. Описание этого способа не содержит каких-либо ограничений объема используемой воды. Технологическая инструкция, регламентирующая применение этого способа при производстве колбас [6], рекомендует регулировать влагосодержание колбасного фарша путем опытного установления количества воды, рассола и льда для каждого конкретного сорта колбасы. Ясно, что при использовании мяса с разным содержанием белка в мясном сырье и разным значением водородного показателя (рН) суммарный объем активированной и неактивированной влаги, которую можно добавить, также должен быть неодинаковым. В противном случае неизбежны ошибки, которые приведут к превышению допустимого влагосодержания изделий либо к отделению излишков влаги в виде отеков, портящих внешний вид продукта. При изготовлении мясных полуфабрикатов, где нет возможности регулировать влагосодержание количеством добавляемого льда, который при их приготовлении не используется вовсе, ошибки в определении объема добавляемой воды еще более ощутимы. Это препятствует достижению технического результата изобретения.

Наиболее близким к заявленному является способ посола мяса, в котором осуществляют приготовление посолочного рассола, активирование рассола путем обработки в кавитационном реакторе с заданной амплитудой звукового давления [RU 2245624, 2004]. Смешивание активированного рассола с мясным сырьем осуществляют в процессе измельчения мясного сырья или введением его в предварительно измельченное мясное сырье. Этот способ принят за прототип.

Упомянутая выше технологическая инструкция, распространяющаяся и на этот способ, предписывает использование в качестве рассола концентрированного раствора поваренной соли. Его количество определяется по установленной норме содержания соли в мясном сырье и составляет в диапазоне ее изменения 5,3...9,1 литров на 100 кг мяса. Учитывая, что при 0...+10°С концентрация натрия хлорида в его насыщенном водном растворе составляет около 26%, а плотность насыщенного раствора 1200 кг/м³ [7], то количество химически чистой воды, которое можно таким способом добавить к 100 кг мяса, составляет 4,7...8,1 л или кг. Таким образом, здесь также не учтены конкретные характеристики мясного сырья в связи с количеством добавляемой воды, которое также может быть определено лишь эмпирическим путем. Поэтому все недостатки, присущие предыдущему аналогу, распространяются и на этот выбранный прототипом способ и не позволяют достигнуть с помощью него сформулированного ниже технического результата.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Известно, что гидратируемыми биополимерами в мясе являются главным образом белки. Структура белков мяса вместе с сольватными оболочками их макромолекул является в мышечном волокне при постоянной температуре равновесной и характеризуется в том числе количеством связанной воды, которое может составлять в зависимости от аминокислотного состава 0,3...0,4 г/г [2]. В равновесном состоянии все активные центры макромолекул белка замещены водородными связями с водой или между собой. Равновесие нарушается в результате необратимых биохимических процессов [8] типа гликогенолиза, называемых созреванием, или при изменении температуры, либо дисперсности биомассы, например, в результате измельчения [9]. При измельчении путем механического нарушения целостности биополимерной структуры образуются свободные активные центры, способные присоединить молекулы воды. Таким образом, условиями, необходимыми для гидратационного связывания воды белком мяса, являются отсутствие связанности молекул воды между собой и наличие свободных активных центров в белковой структуре мяса. Первое достигается без значимого увеличения температуры путем кавитационной обработки воды [10], а второе может быть достигнуто измельчением. Поэтому влагосвязывающая способность мяса определяется в основном двумя параметрами: содержанием белка и дисперсностью [11], достигнутой при измельчении. Из остальных параметров наиболее значимым является водородный показатель. На практике его можно учитывать по максимуму, то есть всегда считать рН>10, что дает заниженную гидратируемость [2]. Экспериментально установлено, что максимальное количество кавитационно-активированной воды, которое может вступить в реакцию гидратации белка 100 массовых долей измельченного мяса, выражается достаточно простой математической зависимостью и составляет согласно ей 0,16р lgD или -0,16р lgs массовых долей, где: р - содержание в мясе белка в процентах; D=1/s - дисперсность в единицах, деленных на метр, а s - размер частицы мяса после измельчения в метрах.

Техническим результатом изобретения является восполнение утраченной при хранении влаги в мясе после его измельчения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе восполнения влаги в измельченном мясе воду или воду с растворенной в ней в любом количестве поваренной солью или воду с растворенной с ней посолочной смесью любого состава обрабатывают кавитацией и смешивают с измельченным мясом в количестве не более -0,16p lgs кг воды на 100 кг мяса, где: р - содержание в мясе белка в процентах; s - средний размер измельченных кусков мяса в метрах.

Экспериментальное сравнение изобретения с прототипом осуществлялось следующим образом. Для каждого опыта из мышечной ткани свинины со средним содержанием белка 13,6% и говядины со средним содержанием белка 15,1% с помощью лабораторной мясорубки с диаметром отверстий решеток 1, 2 и 3 линии (0,1; 0,2 и 0,3 дюйма) готовился фарш соответственно трех степеней измельчения. Электронным программируемым анализатором влажности при температуре 99°С измерялась влажность полученного фарша. В образцах из 0,1 кг фарша и 0,0081 кг питьевой воды по СанПиН 2.1.4.1116-02, подвергнутой кавитационной обработке в соответствии с признаками прототипа, с растворенными в ней 0,0025 кг NaCl и без соли, после смешивания и выдержки в течение часа при +20°С также измерялась влажность. Далее определялась разница во влагосодержании образца, измеренном анализатором и рассчитанном по влажности фарша и массе добавленной воды. Эта разница и пересчитывалась в количество весовых частей воды, которая вступила в реакцию гидратации с белком 100 весовых частей измельченного мяса и не обнаружилась путем прямого измерения влажности. Тестировалось связывание воды самой по себе и в присутствии NaCl, поскольку соль является традиционно используемым водосвязывающим средством [1]. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1ПАРАМЕТРОБЪЕКТРазмер решетки для измельчения мяса (размер частицы измельченного фарша s)0,00254 м0,00508 м0,00762 мИзмеренная влажность, %натурального фарша
смеси фарша, NaCl и воды
смеси фарша и воды76,06/74,78*
74,71/73,62
76,45/75,3376,11/74,82
74,94/73,83
76,66/75,5475,91/74,77
74,80/73,84
76,56/75,50Рассчитанная влажность, %смеси фарша,76,09/74,9476,14/74,9775,96/74,93NaCl и воды, смеси фарша и воды77,85/76,6777,90/76,7177,72/76,66рассчитанная по формуле6,27/5,655,54/4,995,12/4,61Связанная вода, кг/100 кг фаршафактическая в смеси фарша, NaCl и воды6,39/5,775,55/5,025,32/4,81фактическая в смеси фарша и воды6,34/5,745,61/5,015,18/4,97* говядина 15,1% белка/свинина 13,6% белка.

Результаты показывают следующее:

- количество связанной влаги во всех случаях приближается к вычисляемому в соответствии с основным отличительным признаком изобретения значению (строка 7, строки 8 и 9);

- количество связанной влаги во всех случаях немного больше рассчитанного в соответствии с основным отличительным признаком изобретения значения;

- при введении в фарш воды в количестве большем, чем заданное признаком изобретения, измеряемое влагосодержание фарша (без соли) увеличивается по сравнению с влагосодержанием натурального фарша (строка 1, строка 3);

- легко посчитать, что если бы вода добавлялась в фарш в количестве, указанном в строке 7, то влажность смеси фарша и воды (строка 3) не превысила бы влажности натурального фарша (строка 1).

Таким образом, сравнение заявленного способа с прототипом, являющимися наиболее близким аналогом из технических решений, характеризующих известный заявителю уровень техники в области предмета изобретения, показывает, что отличительные признаки заявленного способа являются существенными по отношению к указанному техническому результату.

При исследовании этих признаков описываемого способа заявителем не выявлено каких-либо известных решений, касающихся требований к массе или объему активированной любым известным способом воды, которая используется для гидратации биополимеров измельченного мяса в связи с измеряемой влажностью получаемого полуфабриката или продукта.

Предлагаемый способ в промышленном масштабе может быть осуществлен при использовании в качестве средства для кавитационной обработки раствора посолочных веществ аппарата типа «Сиринкс» [12]. При осуществлении способа в процессе изготовления колбасы вареной «Докторской» высшего сорта по ГОСТ 23670-79 производился посол мяса активированным раствором каменной поваренной пищевой соли по ГОСГ-Р 51574-2000. Смешивание раствора соли с мясом, содержащим 13,2% белка, осуществлялось двумя способами: в лопастной мешалке после измельчение мяса в волчке до состояния шрота с размером частиц 0,015 м и в процессе измельчения мяса в куттере до состояния фарша с размером частиц 0,001 м. По рецептуре колбасы «Докторская» на 100 кг ингредиентов расходуется 2,09 кг поваренной соли. Количество воды, рассчитанное в соответствии с изобретением, составляет в первом случае 3,9 кг, а во втором 6,3 кг. В 3,9 кг воды при полном насыщении раствора можно растворить только 1,4 кг соли. Поэтому в первом случае остальная соль вносилась в шрот в сухом виде. Для сравнения колбаса готовилась также по способу, выбранному прототипом, для чего после измельчения мяса в волчке оно смешивалось с активированным насыщенным раствором соли массой 8 кг. Лед при составлении колбасного фарша во всех случаях вносился в куттер в равных количествах в соответствии с рецептурой. Измеренные значения массовых долей влаги и белка в изготовленной колбасе приведены в таблице 2.

Таблица 2ПАРАМЕТРМетодика испытанийИзмельчение мясав волчке до 0,015 мв куттере до 0,001 мПрототипИзобретениеМассовая доля влаги, %ГОСТ 9793-7468,766,466,8Массовая доля белка, %ГОСТ 25011-8113,013,513,8

Из таблицы 2 видно, что часть внесенной в составе раствора соли воды при реализации прототипа не связалась с белком мяса и обнаружилась при измерении по стандартной методике. При связывании воды предложенным способом при двух разных способах измельчения мяса измеренное содержание влаги в приготовленном продукте практически одинаковое и меньшее, чем в прототипе. Содержание белка за счет связанной с ним посредством реакции гидратации воды при использовании заявленного способа заметно увеличилось.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о возможности осуществления заявленного изобретения с помощью описанных в заявке или известных ранее средств и методов, а также о возможности достижения указанного выше технического результата при воплощении совокупности признаков изобретения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Проблемы посола мяса в исследованиях и разработках ВНИИМПа / А.Б.Лисицын, В.И.Любченко, Г.П.Горошко, А.А.Мотовилина. - В кн. Сборник научных трудов ВНИИМПа под ред. А.Б.Лисицына. - М.: ВНИИМП, 2000. - с.23-32.

2. Вода в пищевых продуктах / Под ред. Р.Б.Дакуорта. - М: Пищевая промышленность, 1980.

3. Рогов И.А., Шестаков С.Д. Надтепловое изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: заблуждения и реальность // Хранение и переработка сельхозсырья, 7, 10, 2004. - с.24-28, 9-13.

4. Борисенко А.А. Термогравиметрический анализ форм связи влаги в соленой говядине // Мясная индустрия, 2001, №7. - с.45-46.

5. Зацепина Г.Н. Свойства и структура воды. - М.: МГУ, 1974.

6. Технологическая инструкция по кавитационной дезинтеграции воды и рассолов на аппаратах «Сиринкс» и их использованию в производстве вареных колбасных изделий. - ГНУ ВНИИМП им. В.М.Горбатова, 2006.

7. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. - Киев: Наукова думка, 1974.

8. Шестаков С.Д., Панфилов В.А. Оптимизация режимов «созревания» реологически нестационарных пищевых сред с помощью программируемого вискозиметра // Хранение и переработка сельхозсырья, №7, 2006, с.35-39.

9. Ст. «Мясо», Большая Советская Энциклопедия. - М.: Советская Энциклопедия, 1972.

10. Шестаков С.Д. Энергетическое состояние воды и ее связываемость биополимерами пищевого сырья: Новые возможности // Хранение и переработка сельхозсырья, 4, 2003. - с.35-37.

11. Ст. «Дисперсность», Большая Советская Энциклопедия. - М.: Советская Энциклопедия, 1972.

12. Аппараты «Сиринкс» для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред. Технические условия СИТБ.443146.002ТУ, 2002.

Изобретение предназначено для использования в мясной промышленности. Способ предусматривает искусственное введение воды в измельченное мясо с целью восполнения утрачиваемой природной влаги при производстве мясопродуктов, например колбасных изделий, рубленых полуфабрикатов и т.п. Воду или воду с растворенной в ней в любом количестве поваренной солью или воду с растворенной в ней посолочной смесью обрабатывают кавитацией и затем смешивают с измельченным мясом в количестве, не превышающем -0,16р lgs кг воды на 100 кг мяса, где р - содержание в мясе белка в процентах, s - средний размер измельченных кусков мяса в метрах. Способ обеспечивает связывание воды с измельченным мясом, не показывающее повышения его влагосодержания при измерении влажности путем высушивания на температурах ниже точки кипения воды. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ восполнения влаги в измельченном мясе, характеризующийся тем, что воду или воду с растворенной в ней в любом количестве поваренной солью, или воду с растворенной в ней посолочной смесью любого состава обрабатывают кавитацией и смешивают с измельченным мясом в количестве, не превышающем 0,16р lgs кг воды на 100 кг мяса, где р - содержание в мясе белка в процентах, s - средний размер измельченных кусков мяса в метрах.2. Мясопродукт, полученный по п.1.