Новые технологии в переработке, хранении, логистике мяса и продуктов из мяса

Введение

В современных экономических условиях одним из основных факторов успешного развития мясной отрасли является внедрение инноваций в области биотехнологии и пищевой инженерии.
С каждым годом возрастает практический интерес предприятий к использованию принципов прикладной биотехнологии при производстве мясных продуктов.
Среди перспективных направлений инновационного развития отрасли, связанных с внедрением прикладной биотехнологии, можно отдельно выделить биомодификацию и эффективное использование биоиндикаторов, биоматериалов и биоконсервантов.
Растущий спрос потребителей на натуральные экопродукты высокого качества диктует необходимость в разработке и совершенствовании технологии, приемов обеспечения микробиологической безопасности мясных изделий.
Современные тенденции усовершенствования способов консервирования пищевых продуктов сводятся к применению инновационных технологий и использованию новых упаковочных материалов и ингредиентов, обладающих консервирующим действием и предотвращающих порчу пищевых продуктов, что помогает свести к минимуму технологическое воздействие на мясной продукт.
Совокупность мер, направленных против различных видов микробиологической порчи, называется консервированием продукта. При консервировании необязательно уничтожать имеющиеся микроорганизмы, важнее создать условия, в которых они не могли бы испортить продукт. Среди множества инновационных технологий, способствующих продлению сроков хранения мясных продуктов, следует отдельно выделить использование биомодифицированных композитных упаковочных материалов и натуральных биоконсервантов.
1. Новые технологии в переработке мяса и мясопродуктов

Мясная промышленность является одной из приоритетных отраслей материального производства, от состояния и потенциала которой во многом зависит продовольственная безопасность страны. Согласно Доктрине продовольственной безопасности РФ, самообеспеченность РФ мясом должна быть не менее 85 %. Впервые минимальный порог продовольственной независимости по мясу был превышен в 2015 году. Развитие мясной промышленности – актуальная задача для всех регионов, так как мясо и мясные продукты относятся к социально значимым продуктам, являясь основным источником биологически полноценного белка. Мясные продукты это изделия повседневного спроса населения, ориентированные на различные группы населения [1, 2].
Вместе с тем в последние годы работа предприятий отрасли происходит в осложненных условиях, обусловленных рядом причин. К ним, в первую очередь, относятся реализация государственной программы импортозамещения, снижение доходов населения, а следовательно, покупательской способности, изменения в структуре перерабатываемого сырья, которые отражают общемировую тенденцию роста мяса птицы и сокращения красного мяса [3]. Все это обусловливает необходимость изыскания новых путей и решений для обеспечения устойчивых темпов развития как отрасли в целом, так и каждого предприятия и успешности его на рынке.
Приведенные в научно-технической литературе данные анализа структуры рынка мясных продуктов свидетельствуют о том, что в ассортименте большинства отечественных предприятий преобладают колбасные изделия, потребление которых уже в 2014 году достигло физиологической нормы и даже несколько превысило ее. Постоянно высоким остается уровень производства и потребления полуфабрикатов, среди которых на одном из первых мест находятся полуфабрикаты замороженные в тесте [2].
При этом достаточно медленно происходит адаптация предприятий к новым потребностям, связанным с различными сегментами потребительского рынка. К таким продуктам следует отнести продукты здорового, функционального, спортивного питания, изделия, ориентированные на молодежную аудиторию [4]. Последнюю группу представляет, в том числе, снэковая мясная продукция. Согласно оценкам экспертов мясоперерабатывающей промышленности, рынок снэков имеет тенденцию к повышению и является важной частью пищевой отрасли. Рост этого сегмента продукции обусловлен спросом потребителей на удобные в потреблении и питательные мясные продукты.
Из сказанного следует, что в условиях снижения спроса и достаточно ограниченных ресурсов важной задачей для любого предприятия является разработка оптимальной ассортиментной линейки продукции, предназначенной для различных слоев населения.
В решении этих задач возрастает значимость научных исследований, ориентированных на разработку и создание инновационных технологий и рецептур мясных изделий, повышение их качества и расширение ассортимента продукции. При этом в число первоочередных задач входят стабилизация качества мясного сырья, расширение возможностей сырьевой базы, в том числе за счет привлечения новых видов сырья и расширения сферы использования имеющегося, эффективное использование побочных видов сырья.
Значительный интерес с точки зрения изготовления продуктов широкого назначения и ассортимента представляет мясо птицы, которое характеризуется повышенным содержанием легкоусвояемых белков, низким содержанием жира, в то же время более доступное по цене по сравнению с другими видами мяса. По данным Мясного совета Единого экономического пространства уровень использования мясоперерабатывающими предприятиями мяса птицы в доступном ценовом сегменте составляет около 45 %.
Анализ современных направлений свидетельствует о перспективности производства из мяса птицы готовых к употреблению продуктов, доля которых не превышает 30 %.
Увеличение объемов производства продукции этой группы позволит повысить экономическую эффективность производства, заполнить возможные сегменты рынка, ориентированные на разные группы потребителей.
С учетом объемов производства мяса птицы, особенностей морфологического состава отдельных частей и продуктов от разделки, можно наметить несколько актуальных направлений в разработке технологий изделий с использованием мяса птицы. К ним относятся производство изделий с использованием субпродуктов птицы и продуктов их глубокой переработки; производство формованных или прессованных продуктов; производство закусочных продуктов.
Мясо птицы из-за особенностей химического состава является перспективным сырьем для изготовления закусочных продуктов, которые отличаются малой массой и концентрированным содержанием белка.
В группу закусочных продуктов объединяют изделия достаточно широкого ассортимента, включая сырокопченые продукты, сыровяленую продукцию длительного хранения, сухие продукты. В зарубежной практике эти продукты именуются как «ready-to-eat meats» – готовое к употреблению мясо. Продукты этой группы характеризуются высоким содержанием белка при минимизации деструктивных изменений биологических компонентов, что позволяет отнести их к продуктам повышенной пищевой ценности.
В группу продуктов «ready-to-eat» входят, в первую очередь, национальные изделия, которые производятся по оригинальным технологиям и имеют давнюю историю и культуру потребления в различных странах (билтонг, джерки, тасайо, килиши), а также современные продукты типа мини-колбаски, мясные хлопья, строганина, чипсы и другие продукты [5, 6].
Спрос на такую продукцию обусловлен возможностью хранения при обычных условиях, удобством в потреблении, что достигается регулированием формы и массы продукции, ее расфасовкой и упаковкой, разнообразием места и времени употребления.
В целях расширения ассортимента изделий из мяса птицы на кафедре технологии мяса и мясных продуктов Кемеровского государственного университета выполнено комплексное исследование, связанное с разработкой инновационной технологии чипсов как и одного из наиболее узнаваемых продуктов среди потребителей.
Особенностью мясных чипсов является отсутствие типовой технологической схемы производства, поэтому многие производители предлагают собственные решения по их производству. Вариации в технологии создаются за счет разных способов подготовки сырья, его посола и тепловой обработки. В одном случае технология базируется на длительном посоле сырья с выдержкой в течение 5–7 суток, с приданием формы продукту (ломтики) уже после окончания тепловой обработки и доведением массовой доли влаги до значений, характерных для сухих продуктов, путем конвективной сушки нарезанных ломтиков, подлежащих на последней стадии охлаждению и упаковке [7]. В соответствии с сокращенной технологической схемой посол мясного сырья для чипсов выполняют в кусках малой массы в течение 12–14 часов, а затем нарезают на ломтики и кратковременно сушат их при повышенной температуре.
В основу разработанной технологии производства чипсов из мяса птицы положен наиболее перспективный способ направленной ферментации, основанный на использовании стартовых культур микроорганизмов. Развитие полезной микрофлоры в ферментируемом сырье обеспечивает формирование выраженных вкусо-ароматических характеристик и цвета.
Одновременно создаются условия для подавления развития вредной и нежелательной микрофлоры и, как следствие, повышения уровня безопасности продукции. Такой подход имеет особое значение при изготовлении мясных продуктов с минимальным количеством технологических барьеров, не предусматривающих высокотемпературной обработки.
По предлагаемой технологии чипсы производятся из белого мяса птицы, которое в целях повышения технологичности процесса и снижения количества обезличенного мяса с пониженными технологическими свойствами подвергали предварительному измельчению.
С целью направленной ферментации использованы культуры микроорганизмов серии AiBi®: для быстрой ферментации – Staphylococcus carnosus, Lactobacillus curvatus; для быстрой ферментации и придания мясным продуктам аромата и вкуса – Staphylococcus carnosus, Lactobacillus plantarum, Pediococcus acidilactici. Микроорганизмы использованных стартовых культур способны продуцировать микробные антибиотики, бактериоцины, обладают выраженной антагонистической активностью в отношении патогенной микрофлоры.
Использование биозащитных культур позволило повысить температуру созревания до +18 °С и сократить продолжительность процесса до 24 часов при условии формирования выраженных ароматических характеристик сырья. Созревание сырья, сформованного в оболочку, способствует уплотнению массы, которое развивается на фоне снижения рН в результате проявления биохимической активности микроорганизмов и отделения свободной влаги. Замораживание батонов после созревания и нарезание ломтиков на слайсере позволяет обеспечить их правильную форму и стандартную толщину, что обеспечивает привлекательный вид и улучшение условий сушки.
Особенностью разработанной технологии является сушка ломтиков в условиях инфракрасного нагрева в вакууме, что способствует не только сокращению процесса, но и исключению образования уплотненного поверхностного слоя, излишней хрупкости и ломкости продукта, высокой пищевой ценности продукта. Массовая доля белка в целевом продукте составляет 60–62 %, массовая доля жира 4–5 %. Суммарное содержание незаменимых аминокислот в продукте изменяется в пределах 38–39 г/100 г белка при высокой сбалансированности состава, а сохранность незаменимых аминокислот составляет 93 %, что выше, чем при конвективной сушке.
Значение показателя активности воды чипсов ИК-сушки в вакууме составляет 0,80, что соответствует области, при которой исключается рост бактерий. Это позволяет хранить продукт при температуре окружающей среды. Однако низкое содержание остаточной влаги подразумевает специальную упаковку с целью предупреждения увлажнения. Это могут быть упаковка в аэробных условиях в полимерные пакеты (типа «дой-пак») и их запайкой; упаковка в многослойные пакеты (Амивак ТВП) в атмосфере модифицированного состава.
Срок годности чипсов при температуре +20 °С составляет 30 суток. Целевой продукт характеризуется высокой пищевой ценностью и гарантированным уровнем безопасности, обусловленным использованием совокупности мер по контролю микробиологических рисков на стадиях посола, сушки и упаковки. Расширение ассортиментного ряда чипсов достигается использованием в рецептуре натуральных вкусо-ароматических компонентов, например карри, чеснока, перца и других [8].
Эффективность технологий чипсов с использованием методов биотехнологии подтверждается другими исследованиями [9].
Значительный интерес с точки зрения разработки рецептур и технологий мясных продуктов с оригинальными вкусо-ароматическими свойствами представляют нетрадиционные виды мясного сырья

. В регионах, где есть возможность использовать нетрадиционные виды мясного сырья, производят изделия из оленины, мяса лося, кабана.
Наиболее рациональным является использование такого сырья для изготовления продуктов деликатесной группы, которые позиционируются в сегменте изделий повышенной потребительской стоимости, так называемые продукты «премиум-группы».
Несомненный интерес в качестве нетрадиционных видов сырья представляет верблюжатина. Она относится к региональным видам сырья и весьма перспективна для республик Средней Азии и ряда регионов Российской Федерации, прежде всего Калмыкии, Астраханской области и др. В Республике Казахстан разработана Концепция развития отрасли верблюдоводства и создана законодательная база для развития увеличения численности высокопродуктивных животных. Высокая мясная продуктивность, минимальные затраты на содержание и выращивание свидетельствуют о целесообразности производства и использования верблюжатины.
Экспериментальные данные положены в основу разработки научно обоснованной схемы разделки туш и организацию рациональной промышленной переработки мяса в зависимости от показателей пищевой и технологической ценности. Данные комплексных исследований убедительно свидетельствуют о том, что верблюжатина характеризуется повышенным содержанием белка, сбалансированным аминокислотным составом, низким содержанием жиров и холестерина, поэтому она представляет интерес для производства различных видов продукции как для ординарного, так и специализированного питания, включая функциональное и диетическое питание.
Полученные данные согласуются с данными зарубежных авторов и позволяют говорить о том, что по качеству верблюжатина успешно конкурирует с традиционными видами мяса убойных животных [12, 13].

2. Новые технологии в хранении мяса и мясопродуктов

В настоящее время в мясной отрасли формируются новые тенденции в области производства и упаковывания мясных продуктов – создание так называемой активной упаковки, благодаря которой производители могут обеспечить высокое качество и микробиологическую безопасность выпускаемой продукции.
Активная упаковка содержит в себе микробио- и нанобиоматериалы,
которые способны реагировать на изменения условий окружающей среды или мясного продукта, предупреждать потребителя о начале порчи и наличии условно-патогенных микроорганизмов.
Применение микробио- и нанобиотехнологий в пищевой упаковке включает использование новых композитных материалов, обладающих улучшенными механическими, теплофизическими, функционально-технологическими, барьерными и антимикробными свойствами. А также внедрение датчиков мониторинга и прослеживаемости мясной продукции в течение всего технологического цикла ее хранения, транспортировки и реализации.
В настоящее время в секторе активной упаковки в основном доминируют оболочки и пленки с кислород-адсорбирующим слоем, с влагопоглотителями и барьерные оболочки. Перспективными разработками, на наш взгляд, являются пленки с индикаторами свежести и датчиками «температура-время».
Разработка первых индикаторов «температура-время» началась еще в 1930-е годы. Тем не менее в настоящее время на мировом упаковочном рынке представлено ограниченное число упаковочных решений с использованием данных индикаторов. Основными предпосылками для практического применения индикаторов «температура-время» являются простота их использования (считываемость, активирование, хранение) и высокая надежность. Индикаторы не должны быть токсичными, не должны быть подвержены влиянию факторов внешней среды, таких как влажность воздуха, солнечный свет и др.
Принцип работы индикаторов «температура-время» основывается на физических, химических, микробиологических и ферментативных реакциях, зависящих от температуры и времени. При этом протекание реакций всегда сопровождается изменением цвета индикатора. Визуальные изменения, отражаемые индикаторами на этикетках, позволяют потребителю сделать вывод об условиях хранения упакованных мясных продуктов. До недавнего времени индикаторы «температуравремя» применялись только в США (Trader Joes) и Франции (Monoprix) для контроля мясных продуктов.
Теперь же наметилась тенденция их активного внедрения и в других странах. К примеру, ВОЗ уже несколько лет использует индикаторы «температура-время» для контроля холодильной цепи при транспортировке вакцин.
Принцип работы индикаторов свежести основывается на прямом взаимодействии мясного продукта и индикатора. Все изменения, которые происходят в мясных продуктах и влияют на состояние их свежести, могут привести к росту микроорганизмов и связанному с этим процессу обмена веществ.
Как правило, все индикаторы свежести определяют наличие таких продуктов обмена веществ, как диоксид углерода, диоксид серы, аммиак, этанол, некоторые токсины и органические кислоты. Основой для такого определения является реакция между индикатором и летучим метаболитом, который может образоваться при росте нежелательных микроорганизмов в мясном продукте.
Для контроля свежести мясных продуктов в настоящее время используются три различные системы:
• индикатор Fresh Tag фирмы Cox Recorders (США) – реагирует изменением цвета на летучие амины, которые обычно концентрируются в незаполненной
мясным продуктом верхней части упаковки. Индикатор-этикетка состоит из пластикового чипа, в который вставлен реагент, соединенный с фитилем. Когда этикетка наносится на упаковку, установленный внутри нее крючок
прокалывает незаполненную верхнюю часть упаковки. В результате газ в упаковке и реагент вступают в реакцию, цвет индикатора изменяется, что сигнализирует о росте содержания в упаковке летучих аминов;
• индикатор Food Sensinel фирмы Sira Technologies (США).


Рис. 1. Индикаторы для мяса

Его действие основано на иммунохимической реакции, для инициирования которой комплекс антител внедрен в систему штрих-кода.
Наличие определенных микроорганизмов в упаковке становится
заметным благодаря возникновению черной полоски на штрих-коде, которая визуально различима.
Ученые-биотехнологи университета штата Луизиана (США) внедрили
использование данного индикатора для контроля логистической цепи мясных продуктов. Недавно ими были разработаны индикаторы свежести для микроорганизмов рода E. coli и Salmonella;
• индикатор Toxin Guard компании Toxin Alert позволяет обнаруживать условно-патогенные микроорганизмы благодаря использованию иммобилизованных антител. Данный индикатор внедрен в состав пищевой упаковочной пленки, которая чувствительна к четырем видам опасных бактерий: рода сальмонелла, кампилобактериям, бактериям группы кишечной палочки и листериям.
Индикаторная пленка Toxin Guard состоит из трех слоев, из которых первый, прилегающий к мясному продукту, проницаем для всех микроорганизмов. Пройдя первый пористый слой, микроорганизм попадает во второй слой, обработанный питательным гелем, содержащим антитела – белки, способные распознавать определенный вид микроорганизмов. Антитела прочно связаны с красителем, так что проникающий во второй слой пленки микроорганизм заметно окрашивается. Двигаясь дальше, микроорганизм попадает в третий слой, который становится видимым, если количество окрашенных микроорганизмов увеличивается.
Биоконсерванты – это вещества, обладающие антимикробной способностью, то есть способностью уничтожать либо полностью задерживать развитие бактерий или других микроорганизмов.
Механизмы действия биоконсервантов на возбудителей пищевой порчи многообразны. Здесь играют роль физические, физико-химические и биохимические факторы.
Чаще всего отдельные факторы воздействуют совместно, блокируя различные стадии метаболизма микробной клетки, угнетая определенные фазы прорастания спор.
В качестве антимикробных средств актуальным для биомодификации
является использование бактериоцинов, а также штаммов микроорганизмов, обладающих бактерицидной активностью. Перспективными биоконсервантами являются препараты фитонцидов растений в виде экстрактов. Применение этих веществ в технологии мясных продуктов и биомодифицированных упаковочных материалов оказывает существенное влияние на сохранение качества производимой мясной продукции в процессе ее хранения и реализации.
Природные антимикробные вещества представляют собой одну из альтернатив химическим консервантам в мясных продуктах, подвергающихся минимальной технологической обработке. Использование натуральных антимикробных веществ и их комбинаций; сочетание природных антимикробных веществ и инновационных технологий активной упаковки представляют собой идеальное воплощение концепции «барьерных технологий» в мясных продуктах.
Серию препаратов для предохранения мяса и других пищевых продуктов от загнивания и развития в них патогенных микроорганизмов – возбудителей пищевых отравлений, – названных антибиотиками, предложили авторы L. Jensen, L. Jensen и W. Hess, L. Jensen и W. Miller. Эти антибиотики впервые были выделены из различных видов растений: авокадо, клевера красного, кедра, виноградной лозы, чеснока, лука, хрена и др. Экспериментально показана возможность сохранения мясных продуктов под влиянием фитонцидов черемши, чеснока, лука, хрена и горчицы. Летучие фитонциды горчицы с успехом использовались для увеличения продолжительности хранения мяса и других пищевых продуктов. За последние годы внедрены в производство мясных продуктов разработки по использованию консервирующих добавок на основе дикорастущего пищевого и лекарственно-технического сырья в виде сухих и жидких экстрактов с высоким содержанием природных веществ, обладающих противомикробным действием.
В качестве антимикробных средств широко используются штаммы микроорганизмов, обладающих бактерицидной активностью, фитопрепараты, растительные экстракты и др. Применение этих веществ в технологии мясных продуктов оказывает существенное влияние на качество производимой продукции и сроки ее годности.
Природные антимикробные вещества включают органические кислоты и их соли, низин и другие бактериоцины, различные активные компоненты микробиального или животного происхождения.
Бактериоцины представляют собой белки, продуцируемые бактериями.
Механизмы их действия сводятся к инактивации микроорганизмов, вызывающих пищевую порчу.
Бактериоцины используют при консервировании пищевых продуктов
как в виде готовых препаратов, так и в виде продуцирующих культур микроорганизмов. Важным условием их использования является гарантия полного отсутствия токсинов.
К бактериоцинам, наиболее широко используемым в мясной отрасли,
относятся низин и натомицин, из которых первый является наиболее изученным и разрешенным к применению при консервировании мясных продуктов.
Источники получения бактериоцинов недороги и практически неисчерпаемы.
Известен, например, опыт применения лактобактерий в продуктах переработки мяса для пролонгирования сроков годности и стабилизации показателей качества. В числе используемых бактерий – Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostos, Pediococcus, Corinobacterium и Enterococcus. Имеются данные по совместному их применению с низином для увеличения сроков действия этих культур.
Среди наиболее эффективных барьеров, гарантирующих потребителю
сохранение качества и безопасности мясной продукции в течение всего срока хранения, можно выделить биомодифицированные упаковочные материалы. Этот вид упаковки появился на потребительском рынке в XXI веке в ответ
на новые тенденции развития технологий экопродуктов с использованием биоразлагаемых пищевых покрытий.
Первые попытки использовать натуральные пищевые покрытия для продления сроков хранения жиросодержащих мясных продуктов были предприняты еще в 1995 году польским ученым Tederko A., который предложил использовать для изготовления пищевых пленок смесь пчелиного воска со свежими лимонами и апельсинами.
В настоящее время интенсивное развитие технологий композитных материалов привело к появлению на потребительском рынке новых биомодифицированных оболочек и пленок.
В последние годы многими производителями упаковочных материалов активно проводятся научно-исследовательские изыскания по созданию новых типов оболочек для мясных продуктов с пролонгированными сроками годности