способ посола мяса при производстве мясопродуктов

Формула изобретения

Способ посола мяса при производстве мясопродуктов, характеризующийся тем, что рассол обрабатывают путем возбуждения в нем кавитации, а в качестве растворителя в рассоле используют фракцию слабоминерализованной воды, полученную в катодном пространстве диафрагменного электролизера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мясной промышленности, в частности к способам посола мяса преимущественно в виде фарша при производстве мясных полуфабрикатов и мясопродуктов, таких как колбасные изделия. Изобретение может быть использовано для посола рыбы, морепродуктов и пищевого сырья растительного происхождения, преимущественно предварительно измельченного.

Известно, например, из [RU 2102890, 1998] применение для посола мяса сухой посолочной смеси, включающей поваренную соль. Недостатком сухого посола, особенно проявляющемся при посоле измельченного мяса в производстве колбас, является его продолжительность, необходимая для растворения поваренной соли и других посолочных веществ, а также для выхода в образующуюся среду эмульсии фарша водо- и солерастворимых белков, от концентрации которых в ней зависят технологические свойства фарша и потребительские качества конечного продукта [1]. Поэтому такой посол применяют преимущественно после грубого измельчения мяса и дают посоленному мясу определенное время вылежаться. Способ позволяет связывать в мясе только естественную влагу, содержащуюся в мышечных тканях, целостность которых нарушается в процессе измельчения, и влага может отделиться. Искусственно вносимая влага смешивается с приготавливаемым колбасным фаршем, как правило, на этапе его тонкого измельчения в специальных аппаратах - куттерах и вносится в виде чешуйчатого льда, обеспечивающего лучшее измельчение мяса и бактериостатические условия. Если солить мясо таким способом на этапе тонкого измельчения, то посолочные вещества, особенно соль крупного помола, не успевают раствориться и образовать эмульсию из белков, жиров и воды с однородной концентрацией соли за короткое, строго лимитированное время процесса измельчения и перемешивания фарша в куттере.

Известен способ получения и применения при производстве мясопродуктов жидкого коптильного препарата, в котором в качестве среды используют водный раствор, обработанный в диафрагменном электролизере [RU 2130267, 1999]. Из него и из монографии [2] известны полезные эффекты от использования фракций водных растворов электролитов, получаемых в диафрагменных электролизерах. Известны также способы электрохимической обработки водно-солевых растворов таких электролитов, как хлориды щелочных металлов [RU 2270803, 2003], к которым относится NaCl, в том числе до получения заданного значения окислительно-восстановительного потенциала фракции в катодном пространстве электролизера - католита [RU 2221753, 2002]. Известен способ посола цельномышечного мяса с использованием католита в качестве среды раствора посолочных веществ - рассола [3]. Из него известен технический эффект увеличения водосвязывающей способности мяса при смещении его окислительно-восстановительных свойств в щелочную область в результате смешивания с рассолом, который приготовлен на основе католита из подвергнутого электролизу слабого раствора электролитов, в том числе натрия хлорида. Этот эффект состоит в том, что щелочная среда, обладая поверхностно-активными свойствами [4], повышает гидрофильные свойства мяса. Это дает возможность увеличить в мясе содержание капиллярно-связанной влаги. Энергия капиллярной формы связи воды является второй по величине после энергии химической (водородной) связи, возникающей вследствие реакции гидратации [5]. Кроме того, поскольку число гидратации катиона натрия даже в обычной, структурированной воде в семь раз превышает число гидратации аниона хлора [6], то сам католит, в котором катионы натрия находятся в избытке, имеет большое количество иммобилизированной воды.

Недостаток описанных способов, объединенных общим признаком, заключающимся в использовании для приготовления рассолов католита, который препятствует достижению сформулированного ниже технического результата, состоит в следующем.

Для пространственного разделения окислительно-восстановительных реакций, которые происходят в растворе при электролизе, необходимо затратить определенное количество энергии. Она равна суммарной работе при диссоциации молекулярной фазы электролита и массопереносе ионов, которая совершается против сил вязкости и вызывающих эффект электрострикции [6] сил взаимодействия полярных молекул воды и сольватных оболочек ионов, а также работе, производимой в ходе электродных реакций. Количественно затраты энергии кроме конструкции и размеров электролизера зависят от концентрации электролита в растворе, химического состава растворителя и состояния электродов. Если в процессе электролиза образуются газообразные или нерастворимые вещества и существует известный эффект отравления электродов, то энергозатраты являются сложной нелинейной функцией времени и оцениваются их средним значением за отрезок времени. Например, диафрагменные электролизеры непрерывного действия на базе стандартизованного электролитического элемента ПЭМ [2] имеют среднее удельное энергопотребление при производстве католита из слабых (вблизи децинормальной концентрации) растворов натрия хлорида 20...30 Вт·ч/л. Известно также, что при максимальной плотности воды, соответствующей температуре +4°С, удельная энергия водородных связей в ней составляет 25 кДж/моль или 385 Вт·ч/л. Установлено, что минимальное значение иммобилизационного коэффициента, которое может быть достигнуто при надтепловом механизме разрушения внутренней структуры воды, составляет 2 [7]. Таким образом, удельная энергия, необходимая для разрушения водородных связей в воде, составляет не менее 0,2 кВт·ч/л. То есть на порядок меньшая энергия, затрачиваемая на получение католита, не может вызвать заметного разрушения молекулярной структуры воды и тем самым подготовить воду к вступлению в реакцию гидратации с биополимерами мяса [7, 8]. Тем более при электролизе для этого доступен единственный механизм, заключающийся в электрострикционной деформации структуры воды.

Известен способ посола мяса, при котором осуществляют приготовление посолочного рассола, включающего поваренную соль, обработку рассола в кавитационном реакторе и смешивание рассола с мясным сырьем [RU 2245624, 2004, WO 2005/070218 A1]. Известен также способ гидратации биополимеров, в том числе биополимеров мяса, при котором также производят обработку воды или водного раствора в кавитационном режиме, обеспечивающем разрушение водородных связей в воде [RU 2279918, 2004].

Достоинством этих способов посола является повышенная гидратация и гидратационная структуризация [8] белков мяса водой, что особенно важно при производстве эмульсионных продуктов, таких как колбасные изделия. При их осуществлении никаких изменений, за исключением образования в очень малых количествах перекиси водорода, которая совместно с имеющимися в питьевой воде ионами железа и под действием ферментов мяса становится мощным бактерицидным средством, в химическом составе обрабатываемого раствора не происходит. Эффект лучшего связывания влаги является здесь следствием подготовки рассола путем надтеплового разрушения в его среде водородных связей к вступлению в реакцию гидратации. Он достигается только за счет наличия у составляющих белки мяса аминокислот активных центров, способных в ходе этой реакции присоединять молекулы воды.

К недостаткам, не позволяющим получить сформулированный ниже технический результат, относится то, что эти способы не дают возможности влиять на влагоудерживающую способность мяса, обусловленную формами с меньшей, чем при гидратации энергией связи, например, на капиллярную форму связи влаги путем изменения окислительно-восстановительных свойств мяса. Известно, что в результате кавитации рН воды и водных растворов меняется слабо, несмотря на известное свойство кавитации усиливать степень диссоциации электролитов [6, 7]. Этому есть две причины. Во-первых, при кавитации отсутствует какой-либо механизм пространственного разделения ионов кроме образования вокруг них сольватных оболочек, сопровождающегося снижением поверхностной плотности заряда и приводящего лишь к образованию устойчивых ионных комплексов. Во-вторых, кавитация - процесс адиабатический, а необходимая для увеличения рН за счет ионов самой воды реакция термической диссоциации воды, теплота которой на порядок превышает теплоту парообразования, может протекать только внутри кавитационных пузырьков [9]. Объем пузырьков в фазе их сжатия до соответствующих температур внутри ничтожно мал по сравнению с объемом жидкости, в которой возбуждается кавитация, а продолжительность фазы сжатия при ультразвуковом способе возбуждения составляет всего лишь микросекунды при очень большой скважности.

Известно, что при одних и тех же значениях амплитуды звукового давления в растворах электролитов достигаемые значения кавитационной мощности выше, чем в химически чистой воде [10]. В способе, известном из [RU 2279918, 2004], пороговое значение звукового давления выше, чем в [RU 2245624, 2004]. Он позволяет обрабатывать растворы в более широком диапазоне концентраций растворенных веществ и поэтому является наиболее близким техническим решением к заявленному, то есть его прототипом.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Известно, что при низких значениях рН анионные группы составляющих биомакромолекулы белка аминокислот дегидратируются сильнее, чем катионные при высоких [11]. Поэтому общее число гидратации белков мяса с увеличением значения водородного показателя тоже должно увеличиться. Таким образом эффект связывания воды белком в ходе реакции гидратации, получаемый за счет кавитационной обработки рассола, можно усилить, воздействуя на окислительно-восстановительные свойства последнего. Кроме того, кавитация повышает растворяемость и степень диссоциации электролитов в водных растворах и уплотняет сольватные оболочки присутствующих в растворе и появляющихся в результате диссоциации ионов. Это способствует образованию не способных к ассоциации комплексов, ионных пар и отдельных сольватированных ионов [6] независимо от их первоначальной концентрации, увеличивая экстрагирующую способность рассола в отношении растворимых белков. Поэтому совместное применение для приготовления рассола католита с кавитационной обработкой рассола обеспечит количественное увеличение полезных эффектов и скомпенсирует недостатки, присущие каждому из способов в отдельности.

Техническим результатом изобретения является увеличение количества связываемой мясом воды из рассола.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе посола мяса, в котором рассол обрабатывают путем возбуждения в нем кавитации, отличие состоит в том, что в качестве растворителя при его приготовлении используют фракцию слабоминерализованной воды, полученную в катодном пространстве диафрагменного электролизера.

Сравнение электрохимических свойств слабых растворов поваренной соли, полученных различными способами, проиллюстрировано следующим примером.

В качестве контрольного образца использовался сантинормальный раствор поваренной соли пищевой по ГОСТ-Р 51574-2000 в питьевой воде по СанПиН 2.1.4.1116-02. Опытный образец 1 был получен путем электролиза в диафрагменном электролизере контрольного образца и выделен в виде фракции из катодного пространства. Опытный образец 2 получен путем обработки в лабораторном кавитационном реакторе [7] с указанной в прототипе амплитудой звукового давления контрольного образца, а опытный образец 3 - опытного образца 1. У образцов получены следующие значения средних по пяти анализам сравниваемых параметров:

Параметр	ОБРАЗЕЦ
	Контрольный образец	Опытный образец 1	Опытный образец 2	Опытный образец 3
Водородный показатель, ед. pH	7,6±0,1	9,2±0,2	7,7±0,1	10,1±0,2
Удельная электропроводность, мСм/м	68,2±0,4	68,7±0,4	69,8±0,4	71,7±0,4

Из таблицы видно, что водородный показатель опытного образца 3, фактически полученного заявленным способом, самый высокий, что придает раствору наиболее выраженные щелочные свойства. Удельная электрическая проводимость у образцов после кавитационной обработки выше независимо от того, подвергались ли они электрохимической обработке. При этом самый высокий показатель также принадлежит образцу, полученному заявленным способом.

Очевидно, что влагоудерживающая способность мяса, смешанного с рассолом, приготовленным на основе католита, увеличится за счет непропорционального увеличения химически связанной катионными группами белка воды. Увеличение степени диссоциации растворенных электролитов приведет к усилению экстрагирования водорастворимых белков в образующуюся при посоле эмульсионную среду, то есть увеличит эмульгирующую способность рассола и капиллярную смачиваемость мяса. В свою очередь это увеличит содержание в мясе капиллярно-связанной влаги.

Таким образом, сравнение заявленного способа с прототипом, являющимся наиболее близким аналогом из технических решений, характеризующих известный заявителю уровень техники в области предмета изобретения, показывает, что отличительный признак заявленного способа является существенным по отношению к указанному техническому результату. При исследовании этого признака описываемого способа заявителем не выявлено каких-либо известных решений, касающихся объединения электрохимической обработки среды для приготовления рассола с его кавитационной обработкой с целью увеличения влагоудерживающей способности мяса.

Известны изобретательские решения, в которых кавитационная обработка каким-то образом в различных вариантах чередования во времени объединена с электролизом, например [12, 13, RU 2113278, 1998, заявка РФ 2002119764, 2002], в целях использования ее известного свойства ускорять химические реакции. Однако заявителю не известны способы, в которых кавитационной обработке подвергалась бы именно фракция, получаемая в катодном пространстве электролизера, - католит.

Предлагаемый способ может быть проиллюстрирован следующим примером промышленной реализации.

В качестве аппарата для электрохимической обработки среды рассола использовали установку типа СТЭЛ-10К-120-01 (мод. 20-03) [14], а для кавитационной обработки самого рассола - аппарат для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред типа СИРИНКС 4000 (СИТБ.443146.002 ТУ) [15]. Рассол готовили в соответствии с «Технологической инструкцией по кавитационной дезинтеграции воды и рассолов на аппаратах СИРИНКС и их использованию в производстве вареных колбасных изделий» [16] и смешивали с мясом, измельченным до частиц среднего размера приблизительно 15 мм, процессе его перемешивания в лопастной мешалке. Перед составлением фарша мясо выдерживали в посоле в течение 4 часов.

Из посоленного таким способом мяса изготавливали колбасу высшего сорта по ГОСТ 23670-79 следующего состава, кг:

Смесь говядины, свинины и насыщенного раствора
поваренной соли (в соотношении по массе 23:66:8)	97
Яичный порошок	0,75
Молоко сухое	2,0
Сахар	0,15
Специи и добавки	0,1
Лед	25

Тонкое измельчение мяса и составление фарша производили в куттере К324 (Seydelmann), а термообработку колбас - в термокамере Fessmann. Сравнение заявленного способа с прототипом по пяти пробным партиям колбасы дало следующие средние результаты:

Параметр	Способ посола
	Прототип	Заявленный
Потери массы при термообработке, %	12,1±0,3	10,9±0,4
Содержание влаги в изделии, %	69,5±0,5	70,2±0,5

Из рассмотренного примера видно, что предложенный способ реализуется в промышленном масштабе. При этом колбасные изделия, в процессе изготовления которых применен заявленный способ, хотя и имеют чуть более высокую влажность (что вообще говорит об увеличении доли капиллярно-связанной влаги), но зато лучше удерживают ее в продукте при термообработке.

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

ЛИТЕРАТУРА

1. Лисицын А.Б., Любченко В.И., Горошко Г.П., Мотовилина А.А.

Проблемы посола мяса в исследованиях и разработках ВНИИМПа / в кн. Сборник научных трудов ВНИИМП п/р. акад. А.Б.Лисицына. - М: ВНИИМП, 2000.

2. Бахир В.М. Электрохимическая активация. - М: ВНИИМТ, 1997.

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

4. Ребиндер П.А. Избранные труды. - М: Наука, 1978.

5. Пиментел Дж., Мак-Клеллан О. Водородная связь. - М: Издательство иностранной литературы, 1964.

6. Стюэр Дж., Егер Э. Распространение ультразвуковых волн в растворах электролитов / в кн. Физическая акустика п/р. У.Мэзона, т.II, ч. А. - М: Мир, 1968.

7. Рогов И.А., Шестаков С.Д. Надтепловое изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов // Хранение и переработка сельхозсырья, № 7, 2004, с.24-28, № 10, 2004, с.9-13.

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

9. Флинн Г. Физика акустической кавитации в жидкостях / в кн.: Методы и приборы ультразвуковых исследований // под ред. У.Мэзона, т.II, ч. Б.-М.: Мир, 1967.

10. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф., Кавитация. - М: Мир, 1974.

11. Кунтц И.Д. Физические свойства воды, связанной с биомакромолекулами / в кн. Вода в пищевых продуктах п/р. Р.Б.Дакуорта. - М: Пищевая промышленность, 1980.

12. Малых Н.В. Ультразвуковые химические кавитационные технологии // Труды XI сессии Российского Акустического Общества. - М.: ГЕОС, Том 2, 2001, с.269-299.

13. Frusteri F. Partial oxidation of ethane in a three-phase electro-fenton system // Studies in Surface Science and Catalysis. V.119, p.429-434, 1998.

14. Установка СТЭЛ-10K-120-01 (мод. 20-03). Паспорт.

15. Аппарат «Сиринкс 4000» для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред СИТБ.443146.002 ТУ, Руководство по эксплуатации.

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