Немикробиологические факторы, влияющие на качество и безопасность пищевых продуктов

 Г. М. Браун и М. Н. Холл, Campden and Chorleywood Food Research Association

9.1.Введение

Поскольку рынок охлажденных продуктов расширился и стал более конкурентоспо­собным, повысились требования к разнообразию, качеству и продолжительности срока хранения. Для удовлетворения этих требований со всей ответственностью, с соблюде­нием безопасности при сохранении прибыльности необходимо понимать и учитывать факторы, влияющие на безопасность продукта и его качество. Если опираться на это понимание и знания, многих проблем можно избежать, используя формализованный подход НАССР к определению критических контрольных точек, влияющих на каче­ство и безопасность, и реалистически прогнозировать срок хранения. Рассмотрение этих вопросов на начальном этапе разработки продукта в максимальной степени повы­шает вероятность получения продукта, соответствующего ожиданиям потребителя и обладающего необходимой конкурентоспособностью. Пища — это, вероятно, наиболее химически сложное вещество, с которым встречается большинство людей. В натураль­ной растительной пище встречается более полумиллиона соединений, кроме того, в ре­зультате обработки, приготовления и хранения пищевых продуктов количество соеди­нений увеличивается за счет образования новых. От этих соединений зависит внешний вид, аромат, текстура и питательная ценность пищевого продукта (качество), а также его физиологическое воздействие (безопасность).

Немикробиологические факторы, которые влияют на качество и безопасность ох­лажденных продуктов, можно разделить на химические, биохимические и физико­химические. Каждый из них зависит от свойств продукта (например, pH и активности воды) и условий, в которых он хранится (например, от температуры и газовой среды).

Для достижения высокого качества первостепенное значение имеет внимание к выбо­ру сырья, так как последующая обработка не может компенсировать низкое качество сырья. Это особенно верно для охлажденных продуктов, для которых ощущение «све­жести» — один из самых важных критериев при покупке.

Химические, биохимические и физико-химические факторы редко действуют не­зависимо, но такое деление факторов на группы создают удобную основу для обсуж­дения. Эти факторы не всегда являются вредными, и в некоторых случаях они необ­ходимы для развития желаемых свойств продукта. Ниже мы представим некоторые характеристики химических, биохимических и физико-химических реакций и при­ведем примеры, характерные для охлажденных продуктов.

Характеристики химических реакций

Химические реакции протекают, если имеются реагенты в соответствующей форме и если превышен энергетический порог активации реакции. Присутствие неорганиче­ских катализаторов уменьшает энергетический порог активации и ведет к протеканию реакции, которая без них не имела бы места. Скорость реакции зависит от концентра­ции реагентов и температуры. Увеличение температуры ускоряет случайное движение молекул реагентов, что повышает вероятность их контакта. Обычно предполагают, что на каждые 10 °С подъема температуры скорость реакции удваивается.

 Важные химические реакции в охлажденных продуктах

Окисление липидов

Окисление липидов — одна из основных причин ухудшения качества мяса и мясных продуктов. Вареное мясо и птица быстро приобретают характерный окисленный вкус/ запах, называемый в работе [107] разогретым ( WOF, Warmed Over Flavour). Лучше все­го можно описать его как вкус/запах, ассоциирующийся с повторно разогретым мя­сом, и он описан как таковой экспертами по органолептическому анализу при свобод­ном описании сваренного мяса, которое разогревали после холодильного хранения [19, 62]. Дальнейшее описание было выполнено для WOF в свинине [15] и курином мясе [16], были созданы словари терминов для органолептического анализа, содержащие 16 и 18 терминов соответственно. В приготовленном мясе, хранящемся при температурах холодильного хранения, этот несвежий, окисленный вкус становится заметным через короткое время (в пределах двух суток), что отличается от более медленного возник­новения прогорклого вкуса в ходе хранения в замороженном виде (в течение недели) [80]. Хотя считается, что WOFпоявляется только у вареного мяса, есть данные, что он появляется так же быстро в сыром молотом мясе на воздухе [35,92] и в реструктури­рованных продуктах из свежего мяса вследствие разрушения мембран ткани и воздей­ствию кислорода [34]. Тем не менее значение появления этого вкуса для производите­лей пищевых продуктов увеличилось с появлением и расширением рынков продуктов, подвергшихся тепловой обработке, и охлажденных — таких, как готовые обеды из за­мороженного полуфабриката (например, в алюминиевой фольге), питание для пасса­жиров авиарейсов и для экспресс-закусочных. Потребитель в таких случаях ожидает вкуса свежеприготовленного продукта. Развитие и успешное функционирование сферы быстрого питания и приготовленных и охлажденных пищевых продуктов в некоторой степени будет зависеть от способности производителей преодолеть появление WOF.

Уже давно основной причиной появления WOF считается окисление липидов. Это подтверждается исследованиями, показывающими связь WOF, определяемого органо­лептически [61], с результатами измерений тиобарбитурового числа (TEA) (показате­ля окисления липидов) [42,44,100] и выявлением летучих соединений, выделяемых из свободного пространства над мясными пробами [3, 20,90]. Как и в других случаях окислительной прогорклости, процесс окисления липидов приводит к образованию множества различных соединений, некоторые из которых вносят различный вклад в формирование нежелательного вкуса и запаха, связанных с прогорклостью. Поэтому имеет место несоответствие между результатами измерений химических показателей и органолептической оценкой прогорклости.

Реакционная способность пищевых липидов зависит от степени ненасыщенности составляющих их жирных кислот, их доступности и присутствия активаторов или ингибиторов. Состав жира в мясе определяется рядом факторов, в том числе питани­ем животного и типом жира. Липиды содержатся в основном в жировых запасах (жировой ткани) или в клеточных мембранах в виде фосфолипидов. При тепловой обработке ненасыщенные фосфолипиды, в отличие от запасенных триглицеридов, становятся более подверженными окислению в результате разрушения и дегидрата­ции клеточных мембран. Более высокий уровень ненасыщенности жирных кислот в фосфолипидах вносит вклад в их более быстрое окисление [43]. Показана роль фос­фолипидов в формировании WOF [41] и ТЕА-реактивных веществ [83,89].

Общепризнано, что самоокисление липидов включает цепную реакцию свободных радикалов (рис. 9.1), инициируемую при удалении подвижного атома водорода с его позиции в липиде (RH) с образованием липидных радикалов (R*) (инициирование). Реакция с кислородом дает пероксидные радикалы (ROO*), вслед за чем происходит отделение другого атома водорода от липидной молекулы. Образуются гидроперо­ксид (ROOH) и другой свободный радикал (R*), способный к поддержанию цепной реакции (развитие). Разложение гидропероксидов включает в себя другие механиз­мы, связанные со свободными радикалами, и образование продуктов, не являющихся радикалами, в том числе летучих ароматических соединений.

Несмотря на усилия исследователей, механизм запуска, ведущий к образованию липидных радикалов (алкиловых или аллиловых) (R*) в мясе, по-прежнему неясен.Цепная реакция свободных радикалов

Рис. 9.1. Цепная реакция свободных радикалов

Установлено участие железа [73], но помимо этого также предложены различные дру­гие механизмы, не подтвержденные неоспоримыми доказательствами [5].

Скорость образования свободных радикалов увеличивается в присутствии метал­лических катализаторов. В случае развития запаха разогрева в подвергнутом тепловой обработке мясе показано, что ускоряют окисление как свободные ионы железа, так и гемопротеины, включая метмиоглобин в присутствии пероксида водорода [5]. Извест­но, что наличие свободного железа увеличивается в результате тепловой обработки [42], так как гемопротеины разрушаются и выделяют свободное железо. Количество выделившегося железа зависит от скорости нагрева и от конечной температуры, а сле­довательно, от метода нагрева. Медленный нагрев высвобождает больше свободного железа, чем быстрый — жарка или томление мяса выделяет его больше, чем нагрев токами сверхвысокой частоты (в микроволновой печи) [94].

Меры предотвращения WOF были рассмотрены в работе [80]. Применяемый метод зачастую ограничен требованиями к конечному продукту. Фенольные антиоксиданты, такие как ВНТи ВНА, плохо действуют в случае целых кусков мяса [115], и больше подходят для продуктов из измельченного мяса, так как в них может быть достигнуто более равномерное распределение антиоксиданта. Перегрев или стерилизация в авто­клаве приводят к образованию в мясе соединений, обладающих антиоксидантной ак­тивностью (продукты реакции Майяра). Эти соединения могут быть пригодны для продуктов, консервированных в банках, однако зачастую приводят к тому, что про­дукт приобретает характеристики, препятствующие его восприятию как свежего, что необходимо для многих пищевых продуктов. Такие вещества могут быть добавлены к мясу, но это связано с теми же ограничениями, что и в случае искусственных анти­оксидантов. Уменьшение WOF также достигнуто путем использования витамина Е (токоферола). В работе [53] показано, что добавление альфа-токоферола к подверг­нутой тепловой обработке свинине уменьшает липидное окисление и WOF. Пробле­мы с достижением адекватного распределения антиоксиданта в мясе можно было бы преодолеть, вводя добавки с витамином Е в корм животных. Показано, что добавле­ние ацетата альфа-токоферола в рацион кроликов [60] и мясных цыплят (бройлеров) [79] вело к росту мышечной ткани и уменьшению развития WOF. Исследования при­родных антиоксидантов, присутствующих в овощах, показало определенный эффект использования экстрактов зеленого (незрелого) перца, лука и картофельных очисток [84], трав и специй, особенно розмарина, шалфея, майорана [37] и гвоздики [50]. Дан­ные об эффективности эфирного масла розмарина как оксиданта в мясе, прошедшем тепловую обработку, противоречивы, хотя в работе [75] указано, что эфирное масло розмарина и триполифосфат натрия эффективно предотвращают WOF в ростбифе. В предварительно приготовленных свиных тефтелях, обработанных розмарином и со­храняемых при 4 °С в течение 48 ч, не возникали окисленные вкусы, подобные возни­кающим в контрольных пробах [55], а в отбитых бифштексах с розмариновым эфир­ным маслом, хранящихся в охлажденном виде, значительного улучшения по сравнению с контрольными пробами не произошло [102].

Нитрит, добавленный в диапазоне 50-200 ppm — это эффективный ингибитор раз­вития WOF[ 18,92]. Нитрит и гемопротеины образуют комплексы нитрозилмиохрома и нитрозилгемохрома, в которых железо стабилизируется связыванием оксида азота с кольцом порфирина (рис. 9.2). Однако розовое окрашивание мяса может быть неже-Нитрозилмиоглобин. Миоглобин с нитритным лигандом

Рис. 9.2. Нитрозилмиоглобин. Миоглобин с нитритным лигандом

лательным; причины возникновения розового цвета в необработанном мясе после теп­ловой обработки рассматривается ниже в этой главе. Эффективность пирофосфата, триполифосфата и гексаметафосфата, которые образуют хелаты с металлическими ионами, особенно ускоряющими окисление ионами железа, показано в работе [107] для свинины. Затем это было подтверждено для измельченной говядины [92], отбитых бифштексов [68] и для куриного мяса в тесте и в панировке [12]. Фосфаты в сочетании с аскорбиновой кислотой могут создавать синергетическое (взаимно усиливающее) действие, так, что прошедшая тепловую обработку молотая свинина была защищена от липидного окисления до 35 суток при 4 °С [97].

Альтернативный подход заключается в защите мяса от окисления. Это может быть достигнуто путем создания кислородного барьера с помощью соуса или подливки, ко­торые могут быть нанесены к моменту приготовления или при последующем хранении. Этот принцип был продемонстрирован путем сравнения срока хранения замороженно­го мяса со сроком хранения такого же мяса, прошедшего тепловую обработку, без покрытия подливкой [25]. Прошедшая тепловую обработку и покрытая подливкой свинина может храниться при -18 °С более 100 недель, а свинина, хранящаяся без подливки, была непригодна к употреблению уже через 22 недели.

Упаковка в регулируемой газовой среде для уменьшения WOFприменялась к пред­варительно приготовленной индейке, свинине и продуктах из свинины. Хотя продук­ты, хранящиеся в атмосфере азота и углекислого газа, были менее «окисленными», чем хранящиеся в обычной воздушной среде, наиболее эффективной была вакуумная упа­ковка [51,76]. В работе [99] рассмотрены потенциальные выгоды применения упаков­ки в РГС для приготовленных и охлажденных продуктов, готовых к употреблению. Защита от окисления в ходе тепловой обработки также полезна. Тепловая обработка и последующее хранение куриных грудок в атмосфере азота снижало значения TEA и органолептические оценки (скоры) для интенсивности WOF по сравнению с конт­рольным продуктом, приготовленным на воздухе и хранящемся в азоте или на воздухе (рис. 9.3).

Самоокисление или окислительная прогорклость отнюдь не ограничены мясом и мясными продуктами. Молочные продукты и жирная рыба также сильно им подвер­жены. Миграция меди в сливки при сбивании масла может вызвать последователь­ность реакций окисления, вызывающих быстрое ухудшение вкуса. Пахта содержит мно­го ненасыщенных фосфолипидов, особенно фосфатидил этаноламина, который может связывать ионы металла, ускоряя окисление, а присутствие комплекса металл-фосфо­липид на границе масло-вода облегчает образование гидропероксидов липидов.

Рыбий жир содержит в большом количестве n-З-полиненасыщенные жирные кис­лоты, которые подвержены окислению атмосферным кислородом, что ведет к порче. Несмотря на это вкус прогорклости видимо влияет только на приемлемость более жирных видов, таких как форель, сардина, сельдь и скумбрия; причем форель и потро­шеная скумбрия окисляются при температурах выше О °С, а сельдь остается относи­тельно «невредимой». В работе [17] было предположено, что в рыбе окисленные липи­ды связываются в липидно-протеиновые комплексы, а не образуют карбонильные соединения, обусловливающие прогорклый вкус. Липидно-протеиновые комплексы также являются одной из причин жесткости текстуры, появляющейся у плохо храня­щейся рыбы. Потребность в кислороде микроорганизмов и ферментов (различная в зависимости от вида) может также определять количество кислорода, идущего на са­моокисление. Данные по активности липоксигеназы в ткани кожи форели дают осно­вания говорить о возможности запуска липидного окисления за счет обеспечения источникаВлияние газовой среды при приготовлении и хранении куриных грудок на развитие ZVOF

Рис. 9.3. Влияние газовой среды при приготовлении и хранении куриных грудок на развитие VOF

инициирующих радикалов [31]. Оценку степени влияния окисления на каче­ство рыбы осложняет то, что многие продукты, транспортируемые в сети сбыта охлаж­денными, предварительно замораживают, чтобы устранить влияние сезонности пред­ложения (особенно это относится к сельди).

Окрашивание мясных продуктов в розовый цвет

Изменение цвета пищевых продуктов — это общая проблема, которая может приобре­тать различные формы и быть связана с широким диапазоном химических реакций. Биохимическое или ферментативное потемнение (приобретение золотисто-коричне­вого оттенка) рассматривается ниже. Окрашивание в розовый цвет прошедшего тепло­вую обработку мяса — давно существующая и очень распространенная проблема, затра­гивающая производство, розничную торговлю, обслуживание и домашнее хозяйство. Зачастую такое окрашенное мясо воспринимается как недоваренное. Проблема особен­но заметна в случае нарезанного мяса, отбитых жареных продуктов, пирогов с мясом и запеканки. Выявлены различные причины появления розового цвета, которые приведе­ны в табл. 9.1 с указанием типа пигмента, с которым, как полагают, связано окрашивание. В работе [67] рассмотрены причины окрашивания в розовый цвет прошедшего тепло­вую обработку белого мяса и факторы, влияющие на это окрашивание.

Миоглобин — это мономерный сферический гем-протеин, обнаруженный у всех позвоночных, который вместе с гемоглобином придает мясу красный цвет. Количе­ство миоглобина различно в зависимости от вида животного и ткани, и, кроме того, зависит от множества факторов окружающей среды. Как показано в табл. 9.1, миогло­бин может присутствовать в нескольких формах, некоторые из которых могут придать красный или розовый остаточный цвет мясу даже после тепловой обработки. Недав­ние работы показали, что более 80% случаев окрашивания в розовый цвет обусловлено нитрозомиоглобином, образующимся из-за примесей нитратов, и их последующим бактериальным восстановлением до нитритов [13].

Особенности биохимических реакций

Биохимические реакции катализируются особыми белками — ферментами. Это очень специализированные и эффективные катализаторы, понижающие порог активации, так что скорость реакции термодинамически возможных реакций резко возрастает. Специфичность ферментов для определенных веществ указывается в их названиях обычно путем прибавления суффикса -аза к названию вещества, на которое фермент действует, например, липаза действует на липиды, протеаза на протеины (белки). Ка­талитическая активность ферментов сильно зависит от структуры белка, а многие осо­бенности реакций, катализируемых ферментами, обусловлены влиянием локальной окружающей среды. Тепло, крайние значения кислотности или щелочности и большая ионная сила могут денатурировать фермент, вызывая повреждение или потерю актив­ности. Ингибиторы и активаторы ферментов, которые связывают их обратимо или

Таблица 9.1. Виды пигментов и причины, вызывающие окрашивание мясных

продуктов в розовый цвет (по [13])

Вид пигмента Причина розового окрашивания

Оксимиоглобин

Нитрозомиоглобин

Карбоксимиоглобин Восстановленный денатурированный миоглобин

Низкотемпературная обработка

Загрязнение нитритами непосредственно или из восстановленных нитратов; окислы азота в печах

Угарный газ в печах; гамма-облучение

Высокий pH, медленная обработка, много соли и наличие

восстановителей

необратимо, могут действовать, вызывая изменения в структуре или действуя непо­средственно на активный участок.

Температура, при которой происходит денатурирование, часто отражает условия окружающей среды, в которой фермент обычно действует. Для большинства фермен­тов теплокровных животных денатурирование начинается при температуре около 45 °С, и около 55 °С быстрое денатурирование лишает фермент каталитической функ­ции; ферменты из фруктов и овощей обычно денатурируют при более высоких темпе­ратурах (70-80 °С); некоторые ферменты микроорганизмов (например, липазы и протеазы) могут выдерживать температуры, превышающие 100 °С [23].

В живой клетке ферменты катализируют множество реакций, которые в совокупно­сти представляют собой обмен веществ (метаболизм). В клеточном окружении конт­роль и координация активности ферментов достигается с помощью механизмов обрат­ной связи и компартментализации. Разрушение, которое происходит во время убоя скота или при сборе урожая, может требовать принятия мер для предотвращения после­дующего действия ферментов (хорошим примером является бланширование овощей). Активность ферментов может быть усилена, если они улучшают качество продуктов, как в случае кондиционирования мяса, при котором активность протеазы используется для разрушения мышечных волокон для более полного проявления вкуса и мягкости.

Скорость реакций, катализируемых ферментами, увеличивается с ростом концен­трации субстрата, но только до определенного предела (максимальная активность), при котором фермент насыщен субстратом. Дальнейшее увеличение концентрации суб­страта не увеличивает скорость реакции, которая возрастает с температурой (так же, как у химических реакций) до температуры, оптимальной для активности. При темпе­ратурах выше указанной происходит денатурирование белка-фермента, и он теряет активность. При температурах холодильного хранения активность ферментов в боль­шинстве продуктов низка, но существуют определенные исключения. Ферменты хо­лоднокровных видов могут адаптироваться и сохранять активность при низких темпе­ратурах. У трески активность липазы при 0 °С демонстрирует выраженную фазу задержки перед достижением максимальной активности, уровень активности умень­шается до 0 °С и увеличивается до максимума при -4 °С.

Ферменты из разных источников, катализируя превращение тех же субстратов в те же продукты реакции, могут иметь различные скорости реакции, pH или оптимальные температуры, в зависимости от их происхождения. Срок хранения охлажденного сала­та с макаронными изделиями, состоящего из готовых макаронных изделий, лука, крас­ного и зеленого перца, огурца, сладкой столовой кукурузы, грибов и приправы из уксуса и оливкового масла, ограничен изменением цвета кукурузы или грибов (которые стано­вятся коричневыми), зависящим от температуры хранения [32]. Хранение салата при температуре между 2 и 15 °С показало, что температурные характеристики реакций потемнения (вероятно, катализированных ферментом полифенолоксидазой) были со­вершенно различны у грибов и кукурузы (рис. 9.4).

В грибах скорость реакции потемнения оказалась менее зависимой от температуры, чем реакция в кукурузе, так что при более высоких температурах срок хранения салата был ограничен потемнением кукурузы, а при более низких температурах потемнением грибов. Для предотвращения таких изменений или прогнозирования срока хранения как функции температуры должны быть известны свойства реакций, вызывающих эти изменения внешнего вида.

Ферменты в пищевом продукте могут быть эндогенными, то есть присутствующи­ми в естественном состоянии в тканях растения или животного. В эту категорию попадают сотни ферментов, хотя не все они существенно влияют на качество продук­та. Экзогенные ферменты могут быть добавлены производителем для выполнения специфической функции, например, папаин — для тендеризации мяса, протеазы — для созревания сыра или нарингиназа — для удаления горечи соков из цитрусовых, особенно из грейпфрутового сока. Ферменты могут присутствовать в результате за­грязнения при миграции из одного продукта в другой при их контакте. Примером может служить миграция липаз из небланшированного перца, находящегося в пицце, в сыр, у которого при наличии соответствующих триглицеридов в результате липолиза возникает мыльный привкус. Может происходить также загрязнение внеклеточ­ными ферментами из микроорганизмов (например, липазами и протеазами), причем микроорганизм может быть разрушен тепловой обработкой, а фермент, устойчивый к ней, может сохраниться.Органолептические изменения в салате из макаронных изделий

Рис. 9.4. Органолептические изменения в салате из макаронных изделий с приправой из уксуса и оливкового масла, хранящегося в охлажденном виде. По [32]

Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Оставить комментарий

Календарь

« Декабрь 2016 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31  

Рекомендуемые материалы