Роль микрофлоры в технологии мяса и мясных продуктов

Наряду с ферментами в мясной промышленности успешно при­меняют микроорганизмы, которые при определенных условиях культи­вирования в процессе жизнедеятельности могут осуществлять биосин­тез ферментов, белков, незаменимых аминокислот, витаминов и др. Анализ данных отечественных и зарубежных специалистов показывает, что микроорганизмы играют существенную роль в технологии мяса и мясных продуктов. Биохимической основой использования микрофлоры в их производстве является наличие в мясе как гнилост­ных, так и полезных микроорганизмов. Получить стерильное мясо в процессе убоя и переработки животного невозможно. В большинстве случаев мясо может быть обсеменено бациллами, клостридиями, грамм-отрицательными палочковидными бактериями типа Echerihia, Proteus, попадающими из кишечника, кокковыми бактериями с кожи и шерстного покрова животных, а также и нередко попадающими в мяс­ное сырье при обработке патогенными для человека токсичными вида­ми бактерий (Salmonella, Clostridium, Bacillus, штаммы плесневых гри­бов, образующих микотоксины, и др.). Развиваясь в мясе, микроорга­низмы в качестве питательных веществ последовательно используют содержащиеся в нем углеводы, белки, жиры, предварительно с помо­щью энзоферментов преобразовывая их в вещества, пригодные для вса­сывания. В мясе имеются разнообразные штаммы микроорганизмов, обладающих углеводрасщепляющей способностью (Lactobacillus, Mi-crococcus, Staphylococcus и др.). Углеводы мышечной ткани, представ­ленные главным образом в форме гликогена, расщепляются ими до мо­носахаридов, которые всасываются микробной клеткой. Под действием внутриклеточных ферментов они расщепляются (согласно схеме Эсибден-Мейергоф-Парнас) до пировиноградной кислоты, которая в даль­нейшем путем окисления переводится в цикл лимонной кислоты.

Многие виды микроорганизмов обладают протеолитической активностью и расщепляют белок до поли-, три-, дипептидов и амино­кислот. Принимая во внимание механизм микробиального процесса раз­ложения мяса и то, как происходит деструкция составляющих его ве­ществ, наиболее опасными считаются микроорганизмы Cl. botulinum, Вас. anthuris, а также бактерии семейства Pseudomonadacea, которые интенсивно разлагают белок, вызывая порчу мяса.

Микрофлора мясного сырья содержит также большое количество штаммов с липазной активностью. Наиболее эффективны Micrococcus, P. streptococcus, а также штаммы Staphylococcus и дрожжи. Эти бакте­рии играют важную роль в формировании вкуса и аромата мясных про­дуктов.

Бактерии Micrococcus epidermis, Micrococcus nitrificanus, Micrococcus caseolyticus, Achromobacter dentr способствуют образованию цвета мясных продуктов за счет своей денитрифицирующей активности. При всем разнообразии денитрификаторы имеют один общий био­химический признак - наличие наряду с обычной дыхательной систе­мой специальной окислительно-восстановительной системы, активи­рующей в качестве акцептора водорода нитриты и нитраты. Первая стадия процесса денитрификации происходит в результате их восста­новительной деятельности.

Таким образом, начальная микрофлора мяса включает в себя не только вредные, нежелательные микроорганизмы, но и полезные, кото­рые благодаря их положительным гликолитическим, протеолитическим и липолитическим свойствам используются при изготовлении мясных продуктов. Во многих технологических процессах развитие полезной микрофлоры способствует торможению гнилостной порчи, улучшению органолептических характеристик, ускорению сроков созревания, цветообразования. Поскольку в процессе обработки мяса взаимосвязь ме­жду группами полезных и нежелательных микроорганизмов устранить не удается, при изготовлении мясных продуктов следует создавать ус­ловия, препятствующие размножению последних.

Для выработки качественных мясных продуктов целесообразно отбирать мясное сырье, содержащее меньше «нежелательных» бакте­рий и больше таких видов, как микрококки и лактобациллы, играющих решающую роль в образовании окраски, аромата и вкуса сырокопче­ных, сыровяленых колбас и соленых продуктов. Например, для гаран­тии культивирования достаточного количества молочнокислых бакте­рий в ферментированных колбасах традиционного производства при­меняют способ «обратного» инокулирования, т.е. введение в фарш око­ло 5 % «старого» фарша из партии, прошедшей ферментацию. При производстве ветчины посолочные рассолы используют много­кратно, а при приготовлении новых рассолов в них добавляют неболь­шое количество «старого» рассола. Эти методы обеспечивают попада­ние полезной микрофлоры в мясопродукты.

Направленные биотехнологические процессы созревания сыро­копченых и сыровяленых колбас характеризуются повышенным коли­чеством кислотообразующих бактерий. Эти бактерии не представляют однородной группы, а состоят из смеси бактерий нескольких родов. Основную их часть составляют Lactobacillus. Наряду с ними, но в го­раздо меньших количествах, встречаются бактерии Pediococcus, Lenconostoc и Micrococcus. Все они, обладая антагонистическим действием на нежелательные микроорганизмы, частично помогают обеспечить стойкость продукта при хранении. Lactobacillus образует молочную ки­слоту, благодаря чему снижается рН сырья и колбасы приобретают спе­цифические вкус и аромат.

Бактерии играют значительную роль и при посоле, образуя жела­тельную микрофлору, которая в значительной мере способствует фор­мированию нужных технологических и органолептических свойств и увеличению сроков хранения изготавливаемых продуктов. В состав микрофлоры рассолов входят бактерии Micrococcus, Lactobacillus, Achromobacter, Pseudomonas и др.

Как уже отмечалось, бактерии рода Micrococcus влияют на фор­мирование цвета мяса. Эти микроорганизмы в состоянии оказывать также денатурирующее (или гидролизующее, расщепляющее) воздей­ствие на протеины. При снижении окислительно-восстановительного потенциала может произойти усиление цвета, при повышении - изме­нение его. Например, позеленение мяса происходит за счет образования в нем сульфомиоглобина, который микроорганизмы производят с по­мощью сероводородных молекул протеинов.

В соответствии с научными представлениями, нитрат натрия как цветообразующее средство действует лишь после восстановления в нитрит, которое в мясных продуктах происходит только с помощью бактериальных энзимов. Подходящая для этого микрофлора в мясных продуктах не всегда присутствует. Добавляя желательные бактериальные штаммы можно создать оптимальные условия для восстановления нитрата.

На современном этапе развития мясной отрасли актуальным явля­ется создание наукоемких технологий, позволяющих значительно интен­сифицировать производство при одновременном повышении качества вырабатываемой продукции. Одним из перспективных направлений раз­работки таких технологий считается создание и использование в произ­водстве мясных изделий биологически активных веществ на основе про­дуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Такие препараты, извест­ные как бактериальные стартовые культуры (бактериальные заквасочные культуры), за рубежом весьма широко используются в колбасном произ­водстве. В России должное практическое внедрение данного направле­ния началась только в последние годы, хотя научные исследования в этой области проводятся давно. В частности, во ВНИИМПе многие годы изучались видовой состав и динамика изменения микрофлоры в сырье и рассоле, а также возможности регулирования продолжительности по­сола и показателей качества сырья и продукции при направленном применении микробиологических препаратов.

Микрофло­ра свинокопченостей (бекон, окорока, грудинка, корейка) после посола содержала 17 видов различных микроорганизмов, примерно соответст­вующих микроорганизмам, выделенным из заливочных рассолов. Пре­обладала кокковая микрофлора с активными биохимическими свойства­ми: наиболее явными были антагонистические свойства микрококков по отношению к молочнокислым бактериям и В.pseudomonus. Инокулированные в шприцовочный рассол побудительные бактериальные культу­ры сохраняли свою жизнеспособность и биохимические свойства в по­соленных образцах свинины в 82 % случаев. Количество микробов в 1 мл рассола зависило от продолжительности его использования на про­изводстве. Во всех образцах обнаружены группы микроорганизмов примерно с одними и теми же биохимическими свойствами, но в раз­личных соотношениях между собой.

Результаты проведенных экспериментов позволили рекомендо­вать для ускоренного посола вареных окороков использовать бактери­альные культуры, представляющие смесь штаммов микрококков и мо­лочнокислых бактерий, а также культуры из рода Flaubacterium при повышении температуры рассола до 16... 18 °С, что обеспечивает со­кращение длительности процесса в 2 раза. Однако при этом следует обязательно применять бактериальные культуры, являющиеся антаго­нистами по отношению к нежелательной микрофлоре и гарантирующие санитарное благополучие продукта.

Качество продукта от био­химических изменений в рассоле, связанны с обменными процессами его микрофлоры (прежде всего в рассоле, используемом при длительном посоле окороков). В частности, установлено, что в первые две недели микрофлора в заливочном рассоле не активна, в связи с чем она не может оказывать влия­ния на продукт. Попытка вывести микрофлору из такого состояния добав­лением в рассол легко окисляемого вещества (глюкозы) не оказывала поло­жительного действия в первые 13 сут посола. В течение 34 сут посола наибольшая активность микрофлоры рассола отмечена на 20-е сут. В этот мо­мент как одноразовый, так и многократно использованный рассолы наибо­лее богаты аминокислотами, а отрицательное действие высоких концентра­ций поваренной соли (16 %) на находящуюся в рассоле микрофлору снима­ется. Следовательно, биологическая система рассола создается в течение первых 20 сут посола. При повторном использовании рассола микро­флора перестраивает свой ферментативный аппарат и переходит с аэробного типа дыхания на факультативно-анаэробный, что подтвер­ждается величиной дыхательного коэффициента.

Улучшение качества продукта в опытах по применению рассолов с активной микрофлорой, а также стерильных рассолов, освобожденных от микрофлоры, но содержащих вещества, образующиеся в резуль­тате жизнедеятельности микроорганизмов, дает основание рекомендо­вать эту технологию в целях интенсификации посола окороков.

При выявлении роли ведущей микрофлоры при посоле окороков А.Е. Михайловой было установлено, что к концу этого процесса в рассоле превалируют молочнокислые бактерии, которые составляли 80,8-99,2 % от общего числа обнаруженных микроорганизмов.

Молочнокислые бактерии рассолов разного возраста представле­ны в основном двумя видами Lact. plantarum и Str. lactis var.H, а мно­гочисленные их варианты - к условно обозначенным разновидностям Lact. plantarum var. и Str. lactis var. H. Соотношение адаптированных видов молочнокислых бактерий зависит от длительности и повторности использования рассолов. В рассолах сокращенного посола однократно­го использования преобладают (68,4 %) палочковидные формы со свой­ствами, характерными для Lact. plantaru, а в многократно использован­ных рассолах длительного посола преобладают молочнокислые бакте­рии со смешанными свойствами: среди палочковидных - Lact. plantarum var.M. (85,5 %), среди кокковых - Str. lactis var. H (89,5 %). Молочнокислые бактерии последних двух видов наиболее устойчивы к посолочным ингредиентам.

Молочнокислые бактерии влияют на качественный и количест­венный состав аминокислот в рассоле. Под влиянием жизнедеятельно­сти Str. lactis var. H в рассолах к концу сокращенного посола появля­ются глицин и аргинин и увеличивается количество аланина и валина.

Обобщенные данные науки и практики показали, что для мясной отрасли наиболее перспективно применение молочнокислых бактерий, адаптированных к условиям животного сырья, а не аналогичных им видов, обнаруженных в других субстратах.

Аналогичные исследования роли микрофлоры в технологии мяс­ных продуктов проводились и активно проводятся сегодня и зарубеж­ными учеными, которые доказали, что применение стартовых бактери­альных культур, состоящих из специально подобранных штаммов мик­роорганизмов, обеспечивает сокращение технологического процесса и стабильные качественные показатели продукта. Для этой цели хорошо подходят различные микроорганизмы: некоторые расы дрож­жей, бактерий, плесеней или продукты их жизнедеятельности, а также определенные комбинации ряда культур - «закваски» (бактериальные стартовые культуры), которые, как уже упоминалось, вводят в продукт с целью подавления деятельности нежелательной микрофлоры, созда­ния букета аромата и вкуса и ускорения созревания мясопродуктов. Например, молочнокислые стартовые культуры могут расти и проду­цировать молочную кислоту в сырье с высоким уровнем микробной контаминации и большим содержанием соединительной ткани.

Биотехнологическое воздействие стартовых культур микроорга­низмов на мясное сырье основывается на степени проявления их инди­видуальных физиологических свойств. Стартовые культуры бактерий родов Lactobacillus, Pediococcus, Staphylococcus при добавлении в мясо интенсивно размножаются и тормозят рост нежелательных микроорга­низмов (гнилостной микрофлоры), что является важным фактором улучшения санитарно-гигиенического состояния мясного сырья. Анта­гонистический эффект достигается как за счет существенного сниже­ния величины рН (до 5,7), так и за счет образования в процессе вторич­ного метаболизма ингибирующих веществ (антибиотиков, перекисей и др.). Особое значение имеет антагонизм указанных стартовых культур по отношению к патогенным бактериям (возбудителям порчи) и мик­роорганизмам, вызывающим снижение качества продукта, в частности, сальмонеллам, стафилококкам, клостридиям, а также бактериям групп Е. coli и Proteus vulgaris.

Молочнокислые бактерии ингибируют рост сальмонелл, но интен­сивность их ингибирующего воздействия зависит от вида и концентра­ции клеток стартовых культур, а также температуры инкубации и интен­сивности образования молочной кислоты. Так, добавление молочнокис­лых стартовых культур в сырые колбасы сдерживает развитие сальмо­нелл S. senftenbery и способствует сокращению времени ферментации.

Ингибирующий эффект достигается также за счет быстрого сни­жения рН сырья и наличия в нем различных ингибирующих веществ, продуцируемых бактериями. Так, образование ботулинового токсина в мясе зависит от многих факторов, в том числе рН, активности воды, кон­центрации соли и нитрита натрия, температуры ферментации. Поэтому гарантированное ингибирование роста различных штаммов С. botulinum, образующих токсин, может быть обеспечено только при сочетании бла­гоприятных условий ферментации с внесением молочнокислых старто­вых культур.

Важным технологическим свойством стартовых культур (наряду с антагонистическим) является их способность восстанавливать нитраты и нитриты, имеющие определяющее значение для сохранения желательной окраски мяса. Образование розово-красного цвета посоленного мяса происходит благодаря тому, что молекулы воды, связанные с ионами двухвалентного железа мышечного белка миоглобина, вступают в реак­цию замещения окисью азота, образующегося в основном под действием на нитрит натрия определенных видов бактерий, имеющих ферментную систему - нитритредуктазу. Они выполняют функции восстановления (редукция) нитрата в нитрит, а нитрита в оксид азота, создания и стаби­лизации благоприятного окислительно-восстановительного потенциала.

Следует отметить, что все биохимические реакции денитрификации, осуществляемые микроорганизмами, являются по своей природе ферментативными. Литературные данные, относящиеся к бактериаль­ной денитрификации, свидетельствуют о том, что в начале этого про­цесса выделяются различные газообразные продукты - NO, N₂0 и N₂, причем отдельные штаммы бактерий, по-видимому, проявляют специ­фичность своего воздействия, так как каждая ступень восстановления нитритов катализируется специфической ферментной системой при участии нитритредуктазы, N0- и N₂0 - редуктаз.

Действие нитритредуктазы денитрифицирующих бактерий доста­точно изучено. Согласно существующей классификации ферментов реакция идет по схеме:

НАДФН₂ + 2 N0₂ -► НАДФ ~ + NO + Н₂0.

Таким образом, бактериальная нитритредуктаза восстанавливает нитрит до N0, что имеет существенное значение в биохимии мяса и мясопродуктов.

Вместе с тем даже при наличии всех благоприятных условий сре­ды значительная часть добавленных нитритов (до 40 %) остается неис­пользованной и обнаруживается в продуктах. Из этих остатков нитритов могут образовываться вредные для здоровья человека канцерогенные вещества. Поэтому вопрос о возможных путях снижения остаточного содержания нитрита натрия имеет большое практическое значение.

Учитывая многофункциональность нитрита натрия в колбасных изделиях (стабилизация окраски, антиокислительное и вкусовое влия­ние, подавление развития С1.botulinum), группа канадских ученых раз­работала и запатентовала трехкомпонентный заменитель нитрита (ТЗН): первый компонент, придающий колбасам традиционный цвет, получают из гемина, выделяемого из красных кровяных телец бычьей крови; второй компонент, выполняющий антиокислительную функцию нитрита, является смесью аскорбата натрия, триполифосфата натрия и малых количеств традиционных фенольных антиоксидантов; третий компонент, играющий антимикробную функцию, представлен гипофосфатом или лактатом натрия. Однако и эта новая безнитритная тех­нология, несмотря на данное государственными санитарными органами ряда стран разрешение для пищевого использования, также не получи­ла широкого практического применения.

В настоящее время оптимальный способ стабилизации окраски мясных продуктов без использования нитрита натрия еще не найден.

Вместе с тем известно, что высокие концентрации нитритов могут отрицательно влиять на ферментативную активность положительной микрофлоры и, как следствие, на развитие аромата. Отсюда понятно, как важно добиться плавного и в то же время эффективного снижения кон­центрации нитрита натрия за счет восстановления его в окись азота. Дос­тичь этого, как показал В. Jynger можно путем применения в качестве стартовой культуры нитритредуцирующих микроорганизмов.

N. Nestrov, В. Dineka,C. Krastev предложили сухой способ посола мяса смесью с уменьшенным содержанием нитрита натрия и заквасочными культурами L. plantarum и М. variaus, используемыми для улуч­шения качества мяса. При внесении заквасочных культур, несмотря на низкое по сравнению с контрольными образцами содержание нитрита натрия, окраска продукта была стабильной и его санитарное состояние продукта и органолептические показатели хорошими.

Известен способ посола говядины, при котором используется по­солочная смесь с пониженным содержанием нитрита натрия и заквасочными культурами Lact. plantarum, M. varians, M. caseolyticus. При внесении данных заквасочных культур, несмотря на низкое по сравне­нию с традиционной технологией содержание нитрита, образование нитрозопигментов происходит значительно быстрее, что способствует получению продукта с устойчивой окраской и хорошими органолептическими показателями.

Применение бактериальных стартовых культур создает хорошие предпосылки для получения мясных продуктов с разнообразными вку­совыми и ароматическими свойствами. Так, молочнокислые бактерии в процессе своего развития выделяют ферменты, катализирующие распад углеводов, при этом накапливаются летучие кислоты, ацетон, диацетил, которые участвуют в образовании вкуса и аромата мясных продуктов, что особенно выражено при производстве свинокопченостей и сыро­копченых колбас.

Доминирующая роль в формировании аромата мясных продуктов принадлежит липолизу жиров, в процессе которого образуются жирные кислоты (масляная, каприловая, олеиновая) и продукты их распада (кетоны, метилкетоны), являющиеся индикаторами запаха. Липолитические ферменты продуцируются прежде всего микрококками, составляющими подавляющее большинство всех липазообразующих бактерий, а также молочнокислыми бактериями и дрожжами. Липолитическая активность этих микроорганизмов в значи­тельной степени зависит от влияния различных факторов, важнейшими из которых являются рН среды, концентрация соли, температура.

В процессе ферментации бактериальные стартовые культуры синтезируют различные экзо- и эндоферменты. Благодаря своей протеолитической активности многие бактериальные стартовые культуры принимают участие в улучшении консистенции мясных продуктов. Об­разуя коллагеназы и эластазы, они улучшают ценность и нежность мясного сырья с большим содержанием соединительно-тканных белков. Так, биосинтез молочной и других органических кислот бактериями (прежде всего семейства лактобацилл и микрокков) способствует по­вышению нежности и сочности мяса, так как они вызывают разбухание коллагена и тем самым способствуют разрыхлению ткани и гидролизу низкомолекулярных связей. При этом важную роль играет также водо­родный показатель (рН) сырья. За счет низких значений рН повы­шается и активность внутриклеточных ферментов катепсинов, опти­мальная величина рН для которых равна 4,5-3,8, что соответствует изолектрической точке белков мяса.

Болгарские ученые экспериментально доказали положительное влияние стартовой культуры Pediococcus sp. (шт. 136 и 167 - 1:1) на структурно-механические свойства сырокопченых продуктов «Тракай» и «Пловдив». По показателям нежности опытные образцы превосходи­ли контрольные.

С. Cantarelli установил, что под действием протеолитического фермента, выделенного из культуральной жидкости Bacillus mesentericus, улучшаются гидрофобные свойства баранины, повышается ее влагосвязываюшая способность, уменьшается количество свободной воды.

Согласно патенту США № 4600589, протеолитический фермент МСУ-80, полученный из культуральной жидкости Trichoderma rusustroin, воздействует преимущественно на миофибриллярные белки мяса и обеспечивает получение однородной структуры.

Использование микроорганизмов в технологии мясных продуктов может считаться перспективной также исходя из способности отдельных их видов к синтезу биомассы биологически активных веществ. Из изучен­ных видов микроорганизмов с этой точки зрения наиболее благоприятны­ми свойствами обладают дрожжи. Их биомасса включает в себя большое количество белка, углеводов, липидов, являющихся источником витами­нов группы В, а также тиамина, рибофлавина и аскорбиновой кислоты. В белке дрожжей присутствуют почти все незаменимые аминокислоты, за исключением метионина и цистина, что делает их исключительно ценным пищевым сырьем. Так, высококачественный белок из дрожжей рода Can­dida с более высоким содержанием лизина и треонина, чем в зерновых культурах может служить в качестве добавок в пищевые продукты. Во многих странах, где налажено промышленное производство дрожжевого белка, белковые продукты, полученные па основе ферментации углеводов дрожжами, применяются для повышения пищевой ценности низкосортно­го сырья мясной промышленности. Дрожжевые автолизаты -жидкие, пас­тообразные и сухие - преимущественно из родов Debaryomyces или Candida используются в производстве диетических продуктов.

Дата добавления: 2015-10-21