9

Лекция 8

Направленное использование микрофлоры в технологических процессах

Проведенные в начале XX века исследования показали, что при традиционной технологии изготовления сырокопченых и сыровяленых мясных изделий молочнокислые бактерии играют определяющую роль в формировании характерного качества готового продукта. Эту первостепенную роль изучили в США, где в 1940г. были запатентованы L.plantarum, L.brevis и L.fermenti в качестве стартовых культур. Они применялись при производстве так называемой «летней колбасы», преимущественно изготовляемой в те времена в США, с применением нитрита натрия. В 1955г. финским ученым Niinivaara была разработана научная теория инокуляции микрококков и практического использования стартовых культур. Pediococcus cerevisiae впервые начали использовать в 1957 году в качестве коммерческого бактериального препарата. Снижение рН при выработке сырокопчёных и сыровяленых колбас позволяет значительно ускорить процесс их созревания. Если образуется большое количество кислоты и показатель рН падает ниже 5.3, то растворимость мясного белка, а, следовательно, и водосвязывающая способность снижаются, продукт становится жёстче и высушивается быстрее.

Последующий поиск вёлся с целью выделения психрофильных молочнокислых микроорганизмов. Так были выделены атипичные молочнокислые бактерии: L.sake (L.sakei) и L.curvatus. Совместно с типичными лактобактериями они давали превосходные показатели качества ферментированных мясных изделий, ускоряли процесс созревания. Характерными признаками этих видов молочнокислых микроорганизмов являются наличие каталазы и нитритредуктазы. Оба фермента представлены двумя формами - гем-зависимая и гем-независимая. К примеру, гем-независимая нитритредуктаза расщепляет нитрит до окиси азота, что благоприятно сказывается на цветообразовании мясного сырья. Однако наличие этих ферментов не является типичным, и подобная активность наблюдается обычно у «диких» штаммов этих микроорганизмов. Отмечена высокая антагонистическая активность этих двух штаммов по отношению к условно-патогенной микрофлоре и возбудителям порчи. Тем не менее, их высокая энергия кислотообразования не позволяет широко применять подобные стартовые культуры, т.к. возможно развитие дефектов окраски, особенно при использовании нитрата натрия; из-за быстрого снижения рН угнетаются также процессы ароматобразования. Доминирующим критерием отбора микроорганизмов в качестве стартовой культуры во всем мире служит степень влияния микроорганизма на вкусоароматические характеристики готового продукта в условиях интенсификации технологий производства мясопродуктов. Общепризнанными ароматобразователями являются представители семейства микрококков и отдельные штаммы лактобактерий.

Скрининг ароматобразующих штаммов обычно осуществляют по степени образования так называемых предшественников аромата - карбонильных соединений с разветвленной углеродной цепью. Источником этих соединений являются аминокислоты лейцин, изолейцин, валин, фенилаланин, серосодержащая аминокислота метионин и свободные жирные кислоты.

Источником же аминокислот являются полипептиды, образующиеся в большей степени в результате воздействия эндогенных ферментов мышечной ткани на белок. Пептидазная активность наиболее развита у микрококков, особенно у штаммов M.varians и M.kristinae, однако по имеющимся данным выраженным продуцентом предшественников аромата, в частности 3-methylbutanal, являются штаммы Staph.carnosus и Staph.xylosus. Из представителей молочнокислых микроорганизмов наиболее активным видом (по степени образования 3-methylbutanal) является Lb.case.

Вкусоароматические характеристики продукта формируют потребительский спрос. Однако для предприятия первоочередной задачей является выпуск продукции благополучной в санитарном отношении. Если в производстве сырокопченых и сыровяленых мясопродуктах допустимо снижение рН в качестве лимитирующего фактора по отношению к условно-патогенной микрофлоре и возбудителям порчи, то при производстве копчено-вареных, вареных и т.п. изделий это недопустимо. Соответственно фактором ограничения здесь являются «жесткие» условия производства. Это в первую очередь низкие положительные температуры, более высокие концентрации поваренной соли в условиях ограничения доступа кислорода воздуха в толще рассола или куска мяса. Общепризнанные стартовые культуры семейств лактобактерий и микрококков в этих условиях малоэффективны. Эту проблему можно решить двумя путями: использование в качестве стартовых культур психрофильных, галофильных микроорганизмов с низкой энергией кислотообразования, и/или использование продуктов жизнедеятельности психрофильных микроорганизмов, например ферментов. Использование последних позволяет исключить отрицательное влияние микроорганизма-продуцента на качество изделия.

Особый интерес представляет разработка психрофильного фермента - коллагеназы. Его использование позволит гидролизовать соединительную ткань мясного сырья. Благодаря этому повышается влагоудерживающая способность мяса, питательная ценность готового продукта (в результате повышения атакуемости белков мяса ферментами желудочно-кишечного тракта), снижается его жесткость. Ферменты, частично гидролизующие белки, повышают их растворимость, увеличивается число свободных аминокислот (способствует развитию вкуса и аромата), повышается гидратация белковой молекулы, содержание связанной воды и выход готовой продукции.

Отечественными учёными был выделен продуцент фермента коллагеназы - штамм Serratia sp., обладающий выраженной психротропностью. Испытания показали, что данная коллагеназа при воздействии на мясное сырье в течение 2 суток при 4С, значительно улучшает его пластичность, органолептические показатели и водосвязывающую способность и что самое главное обладает избирательным действием (т.е. на соединительную ткань).

Цветовые показатели готового мясного продукта также являются важными для потребителя и определяются наличием нитрозопигментов, образующихся при посоле с участием нитритов и нитратов, как предшественников окиси азота. Известно также, что высокие концентрации нитритов могут отрицательно влиять и на положительную микрофлору,- на ее ферментативную активность, и как следствие на развитие аромата. Тем самым важно добиться плавного и в то же время эффективного снижения концентрации нитрита натрия за счет восстановления его в окись азота. Достичь этого можно, применяя в качестве стартовой культуры нитритредуцирующие микроорганизмы. Во ВНИИМПе был выделен психрофильный, галотолерантный, денитрифицирующий штамм Paracoccus denitrificans var. halodenitrificans (окраска по Граму - положительная). Первоначально область применения этого штамма нами была определена как стартовая культура при посоле свиных и говяжьих копченостей. Использовать денитрифицирующий штамм при посоле сырокопченых и сыровяленых колбас не предполагалось, т.к. молочнокислые микроорганизмы обладают выраженным антагонизмом не только по отношению к штамму Paracoccus sp., но и по отношению к самому процессу денитрификации за счет снижения рН. Однако большой разрыв в температурном оптимуме развития этих микроорганизмов позволяет выделенному штамму эффективно редуцировать нитрит натрия до активизации молочнокислых микроорганизмов. При этом в сырье накапливается окись азота, и в условиях дальнейшего снижения рН обеспечиваются наиболее благоприятные условия для протекания реакции цветообразования.

С точки зрения ароматообразования интересной является разработка Датского мясного института - стартовая культура Moraxella phenylpyruvica. Эта психрофильная культура факультативный анаэроб, что позволяет ей активно развиваться в толще продукта, и как показали исследования продуцировать предшественники аромата. Единственным недостатком является тот факт, что эта культура относится к грамотрицательным палочкам и соответственно вызывает ряд предубеждений.

Изделия, изготовленные с применением БАВ микробного происхождения, обладают улучшенными показателями качества, обладают повышенной биологической ценностью. Применение БАВ позволяет эффективнее денитрифицировать продукцию, активно воздействовать на соединительную ткань мясного сырья, улучшать и создавать специфические вкусоароматические показатели.