ЛЕКЦИЯ 5 НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ МЯСНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Отличительной особенностью процесса производства этой группы мясопродуктов является то, что в результате тщательного измельчения сырья полученный фарш приобретает уникальные свойства: активно связывает воду и жир, формирует вторичную структуру, проявляет вязко-пластические свойства и т. д.

По мнению специалистов, сырые колбасные фарши, содержащие 50-75% воды и до 40% жира, можно отнести к эмульсиям типа «жир/вода».

С позиций классической коллоидной химии под эмульсиями понимают смесь двух взаимно несмешивающихся жидкостей, одна из которых распределена в другой в виде мелких капель. Учитывая, что в некоторых эмульсиях одна из жидкостей может пребывать в жидкокристаллическом состоянии, это определение в настоящее время уточнено: эмульсией называют смесь двух несмешивающихся жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде жидких капель или жидких кристаллов. При этом совершенно очевидно, что даже уточненное определение не описывает в полной мере мясные эмульсии, поскольку это гораздо более сложные дисперсные системы.

Как правило, концентрация белка в мясных эмульсиях достаточно высока (превышает либо приближается к их ККГ (критическая концентрация гелеобразования)), что не только обеспечивает физико-химическую стабилизацию жира и воды за счет образования адсорбционных стабилизирующих слоев, но и предопределяет возможность формирования гелевых структур в межфазных слоях, т. е. мясные эмульсии структурированы несколькими способами. Таким образом, фарш эмульгированных мясных продуктов, а также готовые колбасные изделия - это комбинация дисперсных систем, структуру которых определяют мясные белки.

Основной операцией приготовления фарша является куттерова- ние, при котором происходит измельчение мышечных и соединительнотканных волокон, экстракция мясных белков (которая наиболее полно осуществляется в присутствии поваренной соли и фосфатов), а также эмульгирование жира.

Таким образом, дисперсионная среда такой эмульсии является сложнейшей коллоидной системой, которую в научной литературе называют «матриксом».

Матрикс сырых фаршей представляет собой тиксотропный гель коагуляционной структуры, который образуется вследствие взаимодействия белков, а также диспергированных частиц мышечных и соединительнотканных волокон. После термообработки в результате денатурации и агрегации белков мяса коагуляционная структура матрикса преобразуется в конденсационно-кристаллизационную, которая удерживает частицы дисперсной фазы (жировые шарики), воду и другие элементы, входящие в состав дисперсионной среды.

Результаты световой и электронной микроскопии подтверждают правильность теоретических подходов к механизму получения мясных эмульсий; анализ макро- и микроструктуры мясного фарша показывает, что его основой является эмульсия, содержащая жировые шарики размером 1-50 мкм, окруженные белковыми капсулами и равномерно распределенные в структурированном матриксе, в ячейках которого находятся также морфологические элементы мясного сырья.

В упрощенном виде, по мнению австрийских специалистов (фирма «Виберг»), структура фарша подобна пчелиным сотам (рис. 5.1): диспергированные частицы жира окружены оболочкой из солерастворимых белков, которые одновременно связывают воду и образуют в ней объемный структурированный каркас, содержащий растворимые вещества и нерастворимые частицы мясной эмульсии.

Рис. 5.1. Схематическое изображение структуры мясной эмульсии

Одна из главных задач практической технологии - получение стабильных (термодинамически устойчивых) эмульсий.

Неустойчивость мясной эмульсии может проявляться не только в виде флокуляции и коалесценции частиц жира, результатом которых является разделение системы на жировую фазу и матрикс, но и в виде дестабилизации собственно матрикса, приводящей к отделению воды.

Основными компонентами эмульгированных мясопродуктов, обеспечивающими их структуру и устойчивость, являются белки мяса. Наиболее важными свойствами мясных белков являются эмульсионные свойства, водоудерживающая способность, растворимость в воде в присутствии поваренной соли с образованием высоковязких растворов, способность к термотропному гелеобразованию. Естественно, что в мясной системе должно быть достаточное количество мясных белков для реализации всех свойств.

При диспергировании жира в водных растворах белка образуется большая поверхность раздела фаз, на которой адсорбируется белок. Его концентрация в водной фазе (матриксе) снижается по мере роста поверхности, например, при повышении содержания жира, увеличении скорости или продолжительности куттерования. Для мясной системы это означает, что при небольшом содержании белков и высоком содержании жира в системе белка может оказаться недостаточно для стабилизации образовавшейся поверхности. Вследствие этого частицы жира будут коалесцировать на стадии приготовления фарша либо при термообработке, которая ускоряет

процесс коалесценции. Может наблюдаться и другая ситуация, когда для стабилизации поверхности частиц жира белка достаточно, но его концентрация в водной фазе мясной системы падает ниже уровня критической концентрации гелеобразования. В обоих случаях возрастает риск получения неустойчивых пищевых систем, что отрицательно сказывается на свойствах фарша, а также на структурномеханических и органолептических свойствах готового продукта.

Устойчивость эмульсий главным образом предопределяется наличием в дисперсной системе белка. Но, как известно, белковый компонент мясного сырья представлен широким спектром белков: мышечных, соединительнотканных, белков крови и других, зачастую кардинально различающихся по количественному содержанию и соотношению в отдельных видах сырья, структуре, свойствам и, в частности, по уровню эмульсионной способности.

Даже в составе мышечной ткани набор белков достаточно велик: миофибриллярные, саркоплазматические, белки сарколеммы. Общий химический состав мышечного волокна таков (в %): вода - 76; общий белок - 20, в том числе миофибриллярные белки -11, саркоплазматические - 6, соединительнотканные - 3; жир - 1; гликоген - 1; соли и азотистые соединения - 2.

Естественно, что каждая группа и вид белков в разной степени способны участвовать в процессе формирования мясных эмульсий.

Водорастворимые, или саркоплазматические белки (миоген, миоальбумин, глобулин-Х, миоглобин), выделяющиеся из сырья, как правило, в виде «мясного сока», составляют 25-30% от общего белка. Согласно литературным данным, активного участия в стабилизации мясных эмульсий эти белки не принимают, хотя в процессе эмульгирования часть из них, очевидно, способна участвовать в формировании матрикса. При этом одновременно имеется предположение, что водорастворимые белки даже могут вступать в конкурентные отношения с солерастворимыми и таким образом негативно влиять на устойчивость получаемых систем.

При нагреве водорастворимые белки коагулируют, образуя мягкий гель, при повышенной их концентрации это приводит к появлению рыхлости в готовой продукции. Таким образом, степень стабильности эмульсий, получаемых при куттеровании, во многом зависит от количественного содержания в сырье водо- и солерастворимых белков.

Нативный (сырой) коллаген соединительной ткани практически не способен химически связывать жир, однако при нагревании в присутствии воды он превращается в глютин, желатозы и желатин - вещества, легко образующие гели, хорошо связывающие воду (до 20—25 частей воды на 1 часть сухого желатина), но обладающие ограниченной способностью к эмульгированию жира.

В целом наличие в мясных изделиях эмульсионного типа повышенных количеств коллагенсодержащего сырья приводит к снижению их устойчивости.

Рациональные пределы использования данного вида сырья в рецептурах не должны превышать 5-12%, иначе при последующей термообработке колбас продукты гидролиза коллагена могут мигрировать из мясной системы, вызывая отделение инкапсулированного жира, образование желеобразного отека под оболочкой, появление резиноподобной консистенции.

Особое внимание должно быть уделено оценке роли мяса механической дообвалки (ММД). Вследствие низкого содержания мышечных белков ММД характеризуется чрезвычайно малым уровнем ВСС (1:0,25); наличие в его составе легкоплавкого жира (особенно при массовой доле, превышающей 16-18%) может провоцировать появление жирового отека. Корректировку негативных функциональных свойств ММД при его использовании в производстве эмульгированных мясопродуктов, как правило, осуществляют путем дополнительного введения в рецептуры значительных количеств ингредиентов, обладающих выраженными гелеобразующими, эмульгирующими и стабилизирующими свойствами (соевые и молочнобелковые препараты, модифицированные крахмалы, каррагинаны, их смеси и т. п.).

Как уже подчеркивалось, решающая роль в эмульгировании жира и образовании вокруг диспергированных шариков белковых мембран принадлежит водо- и солерастворимым белкам. Показано, что, обладая свойствами поверхностно-активных веществ (ПАВ), водорастворимые белки могут удержать 30 мл жира на 100 г белка; солерастворимые - до 40-45 мл на то же количество белка.

Следует отметить, что количественное содержание и соотношение водо- и солерастворимых белков в мясном сырье, кроме влияния на эмульсионные свойства, предопределяет также проявление им ряда весьма существенных признаков.

их доля превышает содержание солерастворимых) фарш имеет сла- бовыраженную липкость, низкую адгезию, плохую формуемость, слоистость; соответственно, готовые колбасы характеризуются рыхлой консистенцией, крупчатостью, низкой водоудерживающей способностью. При относительно равном соотношении водо- и солерастворимых белков сырье и мясные эмульсии обладают высокой водосвязывающей, гелеобразующей и эмульсионной способностями, фарши стабильны по свойствам, обладают высокой липкостью. Как правило, солерастворимые белки преобладают в составе сырья с низким содержанием жира. Таким образом, миофибриллярные солерастворимые белки, к которым относятся миозин, актин, тропомио- зин, тропониновый комплекс, выполняют основную функцию в образовании и стабилизации мясных эмульсий.

В силу особенностей пространственной структуры (рис. 5.2) солерастворимые белки обладают большим количеством гидрофобных и гидрофильных групп, существенно понижают межфазное натяжение, прочно адсорбируются на поверхности «вода-жир».

Рис. 5.2. Особенности пространственной структуры белков:

а - белок с преимущественным расположением полярных аминокислот в интерьере белковой глобулы: 1 - денатурированная молекула; 2 - нативная молекула;

б - наиболее вероятное расположение адсорбированной молекулы белка на межфазной поверхности: 1 - петли, 2 - сегмент, 3 - хвост

Установлено, что молекулы солерастворимых белков имеют площадь поверхности, доступную для стабилизации масла (жира), в 50 раз большую, чем водорастворимые белки; фибриллярные белки характеризуются лучшими эмульгирующими свойствами по сравнению с глобулярными.

Миозин - основной эмульгатор, стабилизатор и структурообразо- ватель мясных эмульсий, количественно преобладающий в составе мышечных белков (50-54% вместе с фракциями), в связи с чем техно

логу необходимо представлять, какие параметры технологического процесса могут обеспечить максимальную реализацию его потенциала.

Напомним, что миозин - водо-, солерастворимый белок; изо- электрическая точка находится в диапазоне 5,3-5,4, т. е. при этих условиях (характерных для мяса, имеющего признаки PSE и RSE) он в минимальной степени проявляет водосвязывающую и структурирующую способности. Варьирование pH среды вызывает конформа- ционные изменения структуры молекулы белка, что сопровождается изменениями ее растворимости, степени гидрофобности и, соответственно, эмульсионной способности (ЭС). Для разных групп белков существуют определенные значения pH, при которых может быть достигнута максимальная ЭС: для солерастворимых белков эта область pH соответствует 6-8; для водорастворимых белков - 5,2.

С учетом важности роли миофибриллярных солерастворимых белков регулирование pH мясных систем проводят (путем использования индивидуальных либо комплексных фосфатов), сдвигая реакцию среды в сторону нейтрального диапазона 6,0-6,8. Для готовых фаршей группы вареных колбас, сосисок и сарделек наиболее рациональным считают интервал pH 6,2-6,7 (преимущественно 6,4): при этих условиях эффективно работают мышечные белки, нормально протекает реакция цветообразования (миоглобин + нитрит натрия), готовая продукция достаточно устойчива к микробиологической порче, не приобретает «мыльного» привкуса и т. д.

Оптимальная концентрация поваренной соли, обеспечивающая экстракцию миозина, повышенные набухаемость, растворимость, ВСС, гелеобразующую и эмульгирующую способности, составляет (по разным сведениям) от 4 до 5-7%, что может быть достигнуто на практике путем внесения всей закладки поваренной соли (2-2,5 кг на 100 кг основного сырья) или введения концентрированного переохлажденного рассола непосредственно на нежирное сырье на первой фазе куттерования. Простейший расчет показывает, что, например, при доле говядины I сорта 30% в составе рецептуры добавление поваренной соли в количестве, предназначенном для замесав 100 кг, позволит получить необходимый уоовень конпентоапии:

Этот прием используют при производстве вареных колбас, сосисок, сарделек из нежирного блочного сортированного сырья без

его предварительного размораживания, а также полукопченых, варено-копченых колбас, сервелатов и салями с применением подмороженного сырья.

Использование высоких концентраций соли для инициирования процессов структурирования мясных систем миофибриллярными белками - простой и весьма распространенный способ. В большинстве случаев при производстве мясопродуктов поваренную соль вносят в сырье в значительно меньших концентрациях (1,8-2,5%): при этом происходит растворение только части миофибриллярных белков; остальные набухают, приходя в состояние, близкое к растворению.

Собственно механизм действия поваренной соли заключается в связывании хлорид-ионов миофибриллярными белками при pH выше изоэлектрической точки, что приводит к повышению суммарного отрицательного заряда белка и, соответственно, силы отталкивания. При этом молекулы воды и частицы жира лучше проникают в белковую сетку, растворимость, ВСС и ЭС возрастают. Именно по этим же причинам в начале куттерования нежирного сырья процесс ведут в присутствии минимального количества добавляемой воды; введение больших количеств водоледяной смеси вызывает «разбавление» системы, концентрация соли снижается, эффективность экстракции белков резко падает. При этом одновременно уменьшается концентрация самих солерастворимых белков, ответственных за формирование мясной эмульсии. Разжижение фарша за счет раннего либо избыточного введения воды на первой фазе куттерования имеет еще один аспект: в результате снижения вязкости фарша падает эффективность процесса разрушения клеточных структур мясного сырья, что приводит, с одной стороны, к уменьшению степени высвобождения и экстракции белков, а с другой - к плохой разработке фарша. По этим причинам лучше всего воду добавлять небольшими порциями, которые сразу поглощаются мясом без остатка свободной жидкости.

Рекомендуемый уровень введения водоледяной смеси на первом этапе - не более 1/3 от общего количества технологической воды; добавлять ее следует не ранее, чем через 30-40 с после начала куттерования.

Некоторые специалисты считают целесообразным вводить водоледяную смесь 6-8 дозами в ходе всего процесса куттерования.

Вопрос определения количества вносимой при кутгеровании технологической воды (водоледяной смеси) является принципиально важным. В классических, традиционных рецептурах рекомендуется добавление 10-35% воды к массе мясного сырья. В современных условиях, характеризующихся изменениями химико-технологических свойств мяса, ухудшением его качества, использованием в составе рецептур значительных количеств неординарных видов сырья (ММО, свиная шкурка, мясо птицы, белоксодержащие препараты, белково-жировые эмульсии и т. д.), пищевых добавок (загустители, гелеобразователи, наполнители, регуляторы кислотности), ориентированных на получение супер-выходов, расчет оптимальных количеств технологической воды применительно к составу конкретных рецептур эмульгированных мясопродуктов осуществляют по специальной методике, сущность которой изложена в лекции «Водосвязывающая способность мяса».

При этом очевидно, что решение технолога в пользу того или иного количества добавляемой при куттеровании воды обусловлено несколькими факторами: водоудерживающей способностью используемого сырья и вспомогательных материалов, ограничениями по максимальному содержанию воды в данном виде готовой продукции и экономическими показателями. При избыточном добавлении воды в фарш концентрация белка в системе падает, силы межмолекулярного взаимодействия ослабевают, в результате чего продукт приобретает рыхлую консистенцию, возрастает вероятность появления водожирового отека. В случае недостатка воды мясопродукты будут иметь жесткую резиноподобную консистенцию, пониженные сочность и выход.

Задача технолога - найти компромиссное решение.

Рассматривая факторы, влияющие на функциональные свойства миофибриллярных белков (на примере миозина), необходимо также обратить внимание на значение температурного фактора. Установлено, что температурная зона, обеспечивающая максимальную реализацию структурирующего, водосвязывающего и эмульсионного потенциала миозина, находится в интервале от -8 до + 8 °С. Оптимальная температура экстракции миозина составляет +3,8 °С. Именно по этой причине на I этапе куттерования процесс механического измельчения нежирного белоксодержащего сырья (основы будущей структурированной эмульсии) и экстракцию белков проводят преимущественно при температурах от -4 до +6 °С, поддерживая требуемый уровень температуры введением водоледяной смеси либо использованием подмороженного (до -2 °С) мясного сырья.

Показано, что чем больше жира в используемом сырье, тем ниже должна быть его температура при внесении в куттер. Следует отметить, что введение поваренной соли при куттеровании, если мясо не было предварительно посолено, кроме описанного выше воздействия на состояние миофибриллярных белков, также снижает (на 1,2-1,5 °С) температуру фарша; добавление фосфатов и особенно крахмала повышает ее. В частности, после введения крахмала (за счет выделения теплоты гидратации, составляющей 32 кД/кг) температура фарша может подняться на 3-4 °С, в связи с чем крахмал наиболее целесообразно засыпать в куттер после предварительного снижения температуры фарша до 4-5 °С на второй фазе куттерова- ния (в режиме перемешивания или при работе на малых оборотах).

По аналогичной причине следует добавлять в конце куттерова- ния муку и сухое молоко, которые, кроме повышения температуры, могут, интенсивно поглощая воду при собственном набухании, оказать негативное конкурентное воздействие на процесс экстракции солерастворимых белков мяса.

Говоря о технологической воде и водоледяной смеси, используемых при куттеровании, необходимо обратить внимание на то, что холодная вода является не просто средством для снижения или поддержания требуемого уровня температуры фарша, она представляет собой часть дисперсионной среды, в которой протекают коллоиднохимические процессы.

В этой связи следует напомнить, что белки обладают высокой чувствительностью к pH среды и избирательно реагируют на ее мак- роэлементный состав. В частности, миозин является кальций-за- висимым белком с изоэлектрической точкой в диапазоне 5,2-5,4. Следовательно, в случае использования при куттеровании жесткой воды, характеризующейся повышенным содержанием ионов кальция и магния и, как правило, имеющей низкие значения pH, можно спровоцировать конформационные изменения белковых макромолекул, агрегацию и коагуляцию (выпадение в осадок) миозина, что неизбежно приведет к резкому ухудшению его функциональных свойств и потере устойчивости мясной системы.

Следует отметить, что в технологии эмульгированных мясопродуктов контроль характера изменения температуры на различных этапах процесса куттерования является одним из главных (наряду с сенсорно-субъективной оценкой степени измельчения сырья, равномерности распределения ингредиентов рецептуры, нарастания липкости фарша) показателей, позволяющих эффективно влиять на свойства получаемых мясных эмульсий.

Типичные термограммы, характеризующие динамику температуры на различных этапах куттерования фарша при работе с охлажденным (рис. 5.3) и замороженным (рис. 5.4) сырьем, хорошо коррелируют с рассмотренными выше основными теоретическими положениями.

На первой фазе куттерования, кратковременной, но весьма ответственной, гомогенизация мышечных структур, экстракция и интенсивное набухание белков - связывание воды и инициирование процесса гелеобразования - происходят в условиях механического

измельчения сырья при одновременной оптимизации физико-химических параметров процесса: изменении величины pH среды (фосфаты), ионной силы (поваренная соль и фосфаты), секвестировании избытка ионов кальция и магния (фосфаты), поддержания температуры в диапазоне от -8 до +8 °С.

Рис. 5.3. Изменение температуры фарша при куттеровании (охлажденное сырье)

Рис. 5.4. Изменение температуры фарша при куттеровании (замороженное сырье)

В производственных условиях обработку нежирного белоксодержащего сырья преимущественно заканчивают при достижении температуры от 4 до 6 °С. При этом для достижения требуемого технологического эффекта наиболее рационально фосфаты добавлять в растворенном виде; раствор нитрита натрия закладывать в начале куттерования на миоглобинсодержащее сырье, используемые коло- ранты и комбинированные смеси, содержащие, как правило, набор специй и фосфаты - на нежирное сырье.

Продолжительность первой фазы куттерования может варьировать в зависимости от содержания соединительной ткани в мясе, скорости резания, температурных характеристик сырья и других факторов; обычно она составляет 1-3 мин.

На второй фазе куттерования, направленной на обеспечение условий для максимального участия жира в процессе эмульгирования и заключающейся в диспергировании жира, его равномерном распределении в мясной системе, образовании межфазного адсорбционного слоя и получении собственно эмульсии, процесс ведут при более высоких скоростях вращения ножей и чаши и уровнях температуры от 6 до 12 °С.

Вследствие более мягкой структуры жира для его измельчения требуется меньшая продолжительность обработки.

В зависимости от вида жиросырья и технических характеристик используемого куттера степень дисперсности жира, как правило, варьирует в диапазоне от 0,1 до 200 мкм. Оптимальным считают диаметр частиц в интервале 5-25 мкм; наиболее распространенная в промышленности степень дисперсности - 20-75 мкм.

В результате измельчения жиросырье превращается в смесь из неповрежденных жировых клеток и капель жира, вытекающих из разрушенных жировых клеток. По мере разрушения клеток и повышения температуры среды высвобождается и диспергируется все большее количество жира, которое необходимо связать и стабилизировать.

В условиях снижения поверхностного натяжения в результате диспергирования жира солерастворимые белки, обладающие большим количеством гидрофобных и гидрофильных групп, обеспечивают ориентацию полярных групп к воде, а неполярных - к жиру, образуя, таким образом, межфазный адсорбционный слой. При этом, так как мясная система имеет pH выше изоэлектрической точки мышечных белков, они в основном заряжают поверхность жировых шариков отрицательно, что приводит к электростатическому отталкиванию последних. Кроме того, вследствие наличия в дисперсионной среде значительного количества мышечных белков, ее вязкость достаточно высока, и это существенно повышает кинетическую устойчивость системы, несмотря на то, что размер частиц жира колеблется в широких пределах. Одновременно белки, вступая в межмолекулярное взаимодействие, формируют структурированный пространственный каркас, придавая эмульсии вязкопластические свойства.

Количество вводимого при куттеровании жиросырья взаимосвязано с концентрацией мышечных солерастворимых белков в фарше: чем их больше, тем выше эмульгирующая способность и, соответственно, выше допустимая норма жира.

Находясь в составе эмульсии, жир пластифицирует ее, улучшая консистенцию; его присутствие снижает степень усадки готовой продукции (деформация батонов, морщинистость оболочки) и сушки, оказывает существенное влияние на ее органолептические характеристики (вкус, запах, цвет). Снижение содержания жира в вареных колбасах ниже уровня 5-8% приводит к появлению сухой крошли- вой консистенции даже при достаточно высоком содержании воды.

Установлена взаимосвязь между моментом загрузки жирового сырья, степенью выраженности цвета и состоянием консистенции готовых вареных колбас: чем раньше к нежирному сырью добавлен шпик либо другой жиросодержащий компонент, тем светлее цвет и мягче консистенция. Позднее введение жиросырья в куттер может привести к образованию бульонно-жирового отека при последующей термообработке.

Существенное влияние на свойства получаемых эмульсий оказывает также скорость загрузки жиросырья, продолжительность и скорость куттерования на второй фазе (табл. 5.1).

5.1. Технологические факторы, влияющие на свойства мясных эмульсий на второй фазе куттерования

Выбор температуры ведения процесса на втором этапе кутгерова- ния не случаен. Главным образом он обусловлен спецификой свойств жировой фазы (природой, твердостью, температурой плавления). Температура плавления жира зависит от длины цепи молекулы глицеридов и соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. В свином жире больше ненасыщенных жирных кислот, чем в говяжьем, и это предопределяет различия в значениях температур плавления (°С): свиной жир - 28-48, говяжий - 32-52, бараний - 44—55, конский - 30-43, куриный - 23-28, индейки - 31-35, гусиный - 26-34, коровье масло - 28-30.

Следует обратить внимание на то, что даже внутривидовой разброс температур плавления жира является достаточно большим, так как зависит от генотипа животного, рациона его кормления, условий содержания, убоя и т. д.

В современных условиях наличие легкоплавкого жира приводит к появлению серьезных проблем: жировой отек, рыхлость, крошли- вость шпика в готовых структурных колбасах. Для устранения этих явлений, на наш взгляд, можно рекомендовать перед добавлением жиросырья в состав мясных эмульсий проводить его предварительное кратковременное копчение, посол либо замораживание. Данные виды обработки упрочняют коллагеновую основу жира, в результате чего он менее подвержен плавлению, лучше сохраняет целостность в готовом продукте.

Возвращаясь к рассмотрению роли жира в составе мясных эмульсий, необходимо отметить, что от температуры плавления и твердости жира зависит выбор параметров куттерования на второй фазе (продолжительность, скорость вращения ножей, температура).

Свиной жир диспергируется и эмульгируется легче, чем говяжий, и при более низких температурах; бараний - из-за повышенной твердости ухудшает стабильность эмульсии. Птичий жир, несмотря на низкую температуру плавления и жидкообразное состояние, неустойчив в составе эмульсий, легко коалесцирует, вызывая разделение фаз. Его применение, как правило, требует дополнительного введения в систему эмульгаторов и жироудерживающих препаратов и тщательного контроля за температурой ведения процесса куттерования.

Регулирование температуры обеспечивает достижение необходимой степени диспергирования жира и распределения его частиц в матриксе.

При температурах ниже 8 °С диспергирование жира затрудняется в связи с более высокой температурой его плавления; с учетом этого обстоятельства на ряде предприятий в зимнее время года, когда мясное сырье имеет очень низкую положительную температуру, в куттер вместо водоледяной смеси добавляют теплую воду; однако при температурах выше 15 °С происходит чрезмерное разрушение и уменьшение размеров образующихся жировых частиц, приводящее к их слиянию в более крупные капли (флокуляция и коалесценция). Введение фосфатов несколько уменьшает степень негативного воздействия повышенных температур на состояние жировых капель, но не устраняет его полностью.

Кроме того, локальный перегрев фарша (особенно в местах контакта сырья с режущей поверхностью ножей куттера) может вызвать частичную денатурацию белков, а это, в свою очередь, отражается на их основных функциональных свойствах (растворимость, ВСС, гелеобразующая способность) и, соответственно, на стабильности эмульсий.

Повышение температуры фарша в конце куттерования имеет еще одну негативную сторону: чем теплее фарш, тем легче в него «врабатывается» воздух, вызывающий появление пористости, окисление жира, ухудшение цвета и вкуса. По этой причине в ряде случаев (при работе с сырьем, имеющим повышенную температуру, парным мясом) рекомендуется наряду с водоледяной смесью и переохлажденными рассолами использование подмороженного (до -5...--10 °С) шпика и жиросодержащего сырья.

С конечной (оптимальной) температурой мясных эмульсий связан еще один технологически важный аспект: температурный диапазон 10-12 °С соответствует границе, за которой начинается интенсивное развитие микроорганизмов, вызывающих порчу, ухудшение качества, пищевые отравления.

По мнению американских специалистов, конечная температура фарша на заключительном этапе куттерования предопределяется рецептурным составом колбас: при преобладании в рецептуре говядины и коллагенсодержащего сырья куттерование можно вести до температуры 18 °С; при преобладании в рецептуре свинины температура не должна превышать 13 °С. Иначе говоря, чем меньше в составе рецептуры доли собственно мышечной ткани и больше говядины II сорта, тримминга, мяса механической дообвалки, коллагенсодержащего сырья, белково-жировых и белково-коллагеновых эмульсий, крахмала и каррагинана, тем выше может быть уровень температуры фаршей в конце куттерования.

Необходимо отметить, что в последние годы в практике колбасного производства все более широкое распространение получает система дополнительного контроля качества приготовления фаршей вареных колбас путем измерения величины их pH. Показано, что в зависимости от вида и состояния основного сырья, состава, свойств используемых ингредиентов и пищевых добавок уровень pH приготовленных мясных эмульсий в основном варьирует в диапазоне 5,7-6,8. В отдельных случаях - при использовании мяса с признаками PSE - значения pH составляют менее 5,6; отмечены партии фаршей (как правило, приготовленных из сырья пониженной сортности с использованием значительных количеств белковых препаратов, крахмалов, фосфатов, пищевых гидроколлоидов), имеющие pH в области 7,2-7,3. Имеющийся разброс, безусловно, оказывает влияние на величину выхода готовой продукции, ее качество, устойчивость при хранении, долю колбасных изделий, имеющих производственные дефекты и отклонения от стандартных показателей.

В большинстве случаев контроль pH требуется при производстве колбасных изделий высшего сорта или группы «Премиум», в состав рецептур которых входят говядина высшего сорта и свинина нежирная: именно для них характерно наличие признаков аномального развития автолиза и проявление отклонений в функциональнотехнологических свойствах.

По мнению ведущих отечественных и зарубежных специалистов, наиболее рациональным, в отношении совмещения показателя выхода и интегральных характеристик качества готовой продукции, является уровень pH для мясных фаршей в диапазоне от 6,0 до 6,5.

Взаимосвязь между изменением температуры фарша, уровнем стабильности получаемых эмульсий и продолжительностью кутте- рования очевидна: чем больше период измельчения, тем выше степень дисперсности и температура. Температуру эмульсии можно снизить добавлением льда, снега и другими способами, а вот последствия чрезмерного измельчения жиросырья (особенно на заключительном этапе куттерования) могут быть весьма серьезными. Как известно, жировое сырье имеет мягкую консистенцию и требует меньше времени на обработку, чем мясо.

Если эмульсию (колбасный фарш) перекуттеровать, размеры жировых частиц чрезмерно уменьшаются и их общая площадь возрастает настолько, что имеющегося в системе белка может не хватить для эмульгирования всего жира. В результате мясная эмульсия «жир в воде» превращается в эмульсию противоположного типа «вода в жире», т. е. происходит обращение фаз: дисперсная фаза в эмульсии становится средой, а среда - фазой. Итог - водо-жировой отек. Кроме чрезмерной продолжительности процесса куттерования причиной обращения фаз могут стать:

• резкие перепады температуры фарша в процессе его приготовления и особенно - ее понижение до уровня ниже 6 °С в конце куттерования; высокое содержание легкоплавкого жира в составе рецептуры; использование технологической воды (водоледяной смеси) с

повышенной жесткостью.

По мнению некоторых специалистов, эффект перекуттерован- ного фарша можно устранить следующим образом: заметив появление расслоения в мясной эмульсии, перейти на режим перемешивания, добавить водоледяную смесь для охлаждения системы до температуры 4—6 °С, искусственно вызвать коалесценцию жира и отделение воды. Затем добавить в фарш сухие белоксодержащие препараты (соевые, молочные и др.), связать избыток воды, после чего повторно провести диспергирование и связывание жировой фазы. Для повышения устойчивости системы при этом рекомендуется ввести дополнительно какой-либо эмульгатор.

Несмотря на то, что до настоящего времени во многих нормативных технологических документах регламентируется общая продолжительность процесса куттерования (как правило, от 6 до 15 мин), указанный период является условным: критериями оценки готовности мясной эмульсии считают степень гомогенности системы, ее структурно-механические свойства (липкость, вязкость, пластичность) при конечной температуре 10-12 °С. При этом понятно, что длительность куттерования во многом обусловлена особенностями используемого сырья и техническими характеристиками оборудования.

Реологические свойства мясных эмульсий зависят от прочности образующегося матрикса, размера жировых шариков, характера их распределения и взаимодействия, от количества воды и форм ее связи в системе.

Заканчивая рассмотрение адаптированных к технологии колбасного производства основ процесса эмульгирования, следует подчеркнуть, что эффективность коллоидно-химических явлений в реальных условиях будет зависеть от множества дополнительных технико-технологических факторов, и в первую очередь от качества (состава, состояния, свойств) основного мясного сырья, от соотношения «жир : белок» и «жир : белок : вода» в системе.

Различия в эмульсионной способности тех или иных видов мясного сырья главным образом обусловлены различиями в содержании как общего белка, так и доли в его составе солерастворимых мио- фибриллярных белков. Установлено, что по уровню эмульсионной способности белки мяса различных животных можно ранжировать следующим образом: мясо буйволов gt; говядина gt; баранина gt; свинина gt; мясо цыплят.

Известны также значения индексов эмульгирующей способности различных видов белков (мг жира в 1 г белка): альбумины крови - 140-150, овоальбумин яйца - 24, миозин - 43, соевые белковые изоля- ты - 42, желатин - 40-46, казеин - 58, концентрат белков молочной сыворотки - 87. Однако эти данные характеризуют свойства изолированных белков при pH 7,4, что не согласуется с реальной технологической ситуацией, предусматривающей использование конкретных видов сырья и других условий среды.

Имеются сведения об относительном уровне эмульсионной способности некоторых промышленно-выпускаемых препаратов при технологически приемлемых условиях pH: глобин крови - 1, казеин - 2, лизоцим - 10, желатин - 0,5, альбумин сыворотки крови - 0,5.

Этими данными можно руководствоваться в случае введения дополнительных эмульгаторов в систему.

А как же оценить потенциальную способность связывать жир конкретных видов основного используемого мясного сырья?

Поскольку в производственных условиях, как правило, отсутствует возможность аналитического определения содержания солерастворимых белков, то при выборе вида и соотношений основного сырья в составе рецептур эмульгированных мясопродуктов в первую очередь следует учитывать общий химический состав получаемой системы, т. е. количественное содержание белка, воды и жира, так как именно от их соотношения зависит устойчивость получаемых эмульсий.

В качестве «отправной точки» или ориентира можно использовать следующие положения: идеальный рецептурный состав колбасы эмульгированного типа включает: 40-45% нежирного мяса, 30% свинины жирной или бокового шпика, 25-30% водоледяной смеси, что по химическому составу соответствует 10-12% общего белка (включая 2-2,5% коллагена), 20-25% жира и 60-70% воды; в условиях реального производства количественное содержание белка, жира и воды в составе мясных эмульсий варьирует, соответственно, в диапазонах: 8-22%, 12-35% и 50-76%. Пониженное содержание мышечных белков (не компенсированное введением белоксодержащих препаратов) приводит к снижению ВСС, опасности образования жирового отека, появлению рыхлости. Увеличение доли (свыше 20-25%) соединительнотканных белков (коллагена), несмотря на возрастание ВУС, сопровождается риском появления желе под оболочкой, наличием сухой, вязкой резиноподобной консистенции. При низком (менее 15%) количестве жира образуются желе и отек, так же как и при избытке введенной при куттеровании воды.

Превышение уровня жира (25-30%) при содержании белка 8-11% (в типовых рецептурах) может снизить величину ВСС, привести к образованию жирового отека, вызвать потерю эмульсией стабильности.

Простейший математический расчет (опыт и практика подтверждают данный факт) показывает, что одна массовая часть белка в охлажденном мясном сырье, имеющем нормальные значения pH, способна максимально связать (заэмульгировать) от 1,2 до 2 частей жира в присутствии 3-5 частей воды.

Гарантированным считают соотношение «белок : жир : вода», равное 1 : (0,8^-1,5) : (3^-5).

Но как в производственных условиях быстро и относительно точно определить количественное содержание белка в мясе?

Сделать это достаточно просто, нужно исходить из содержания жировой и соединительной ткани в используемом сырье, т. е. руководствоваться нормами жиловки и сортировки мяса. При этом можно воспользоваться расчетным методом Бэбкока (США), суть которого изложена в лекции «Водосвязывающая способность мяса».

Знание массовой доли белка, воды и жира в исходном мясном сырье позволяет: используя компьютерную программу либо уравнение материального баланса, рассчитать оптимальное соотношение сырья и ингредиентов в составе рецептуры, обеспечивающее получение продукции с заданным уровнем пищевой и биологической ценности; оценивать уровень водосвязывающей способности отдельных видов сырья и мясной системы в целом; по соотношению «белок-вода» рассчитывать количество требуемой при куттерова- нии технологической воды; определять по «буферному числу» соотношение прочно- и слабосвязанной воды; оптимизировать соотношение «белок : жир : вода» в конкретной мясной системе.

В случае низкой концентрации мышечного белка, при его недостаточном потенциале (денатурация белков мяса при длительном хранении в замороженном состоянии, сырье с признаками PSE и RSE, коллагенсодержащее сырье, мясо механической дообвалки птицы и т. д.), при повышенном содержании жира в рецептуре можно рекомендовать дополнительное введение в состав мясных эмульсий белковых препаратов. При этом необходимо отметить, что ни один из имеющихся препаратов не может в полной мере заменить по свойствам мышечные белки; наиболее близки к последним препараты на основе белков сои и яйца.

Довольно часто дефицит мышечных белков пытаются компенсировать путем совместного введения в рецептуры мяса механической обвалки (ММО) и коллагенсодержащего сырья. При эквивалентном содержании белка данная смесь имеет уровень эмульсионной и водосвязывающей способности в 3 раза ниже по сравнению с мясным сырьем, что может привести к появлению отеков, образованию желе, ухудшению консистенции, цвета, потере характерного мясного вкуса.

Для устранения этих явлений требуется дополнительное введение как эмульгаторов (способствующих образованию и стабилизации поверхности раздела фаз: лецитин, смесь ди- и моноглицеридов, некоторые виды модифицированных крахмалов и белоксодержащих препаратов), так и стабилизаторов (каррагинан, нативные крахмалы, камеди и др.), связывающих избыток воды, повышающих вязкость, формирующих индивидуальную структурную сетку.

При этом принимают во внимание следующие ранее рассмотренные положения: чем больше содержание жира в составе рецептуры, тем выше должна быть концентрация эмульгатора; чем выше содержание воды в составе мясной эмульсии, тем больше должно быть введено гидроколлоидов; гидроколлоиды повышают устойчивость эмульсий, однако имеет значение правильность выбора вида и концентрации препарата; при малых концентрациях гидроколлоидов эмульсия характеризуется, как правило, низкой вязкостью и стабильностью, что влечет за собой слияние жировых шариков. При повышенных дозах введения гидроколлоидов эмульсия после термообработки приобретет слишком выраженные упруго-эластичные свойства и «пустой вкус».

Знание количественного содержания (и соотношений) белка, жира и воды в исходном сырье и его функционально-технологического потенциала, понимание сущности процесса эмульгирования и соблюдение рациональных параметров куттерования (последовательность внесения ингредиентов, контроль pH, температуры, степени и скорости измельчения и перемешивания) обеспечивают гарантированное получение устойчивых эмульсий и, соответственно, готовых колбасных изделий с хорошими качественными показателями и высоким выходом. Целенаправленное применение белоксодержащих препаратов, гидроколлоидов и эмульгаторов в качестве вспомогательных ингредиентов дает возможность существенно повысить стабильность мясных систем и регулировать их химический состав, структурно-механические свойства, органолептические и технологические показатели.