Немікробіологіческіе фактори, що впливають на якість і безпеку харчових продуктів

Г. М. Браун і М. Н. Хол, Campden і дослідницька асоціація їжі Chorleywood

9.1.Введеніе

Оскільки ринок охолоджених продуктів розширився і став більш конкурентоспроможним, підвищилися вимоги до різноманітності, якості і тривалості терміну зберігання. Для задоволення цих вимог з усією відповідальністю, з дотриманням безпеки при збереженні прибутковості необхідно розуміти і враховувати фактори, що впливають на безпеку продукту і його якість. Якщо спиратися на це розуміння і знання, багатьох проблем можна уникнути, використовуючи формалізований підхід НАССР до визначення критичних контрольних точок, що впливають на якість і безпеку, і реалістично прогнозувати термін зберігання. Розгляд цих питань на початковому етапі розробки продукту в максимальному ступені підвищує ймовірність отримання продукту, відповідного очікуванням споживача і володіє необхідною конкурентоспроможністю. Їжа - це, ймовірно, найбільш хімічно складна речовина, з яким зустрічається більшість людей. У натуральній рослинній їжі зустрічається понад півмільйона з'єднань, крім того, в результаті обробки, приготування та зберігання харчових продуктів кількість з'єднань збільшується за рахунок утворення нових. Від цих сполук залежить зовнішній вигляд, аромат, текстура і поживна цінність харчового продукту (якість), а також його фізіологічний вплив (безпека).

Немікробіологіческіе фактори, які впливають на якість і безпеку охолоджених продуктів, можна розділити на хімічні, біохімічні та фізико-хімічні. Кожен з них залежить від властивостей продукту (наприклад, pH і активності води) і умов, в яких він зберігається (наприклад, від температури і газового середовища).

Для досягнення високої якості першорядне значення має увага до вибору сировини, так як подальша обробка не може компенсувати низьку якість сировини. Це особливо вірно для охолоджених продуктів, для яких відчуття «свіжості» - один з найважливіших критеріїв при покупці.

Хімічні, біохімічні та фізико-хімічні чинники рідко діють незалежно, але такий розподіл факторів на групи створюють зручну основу для обговорення. Ці фактори не завжди є шкідливими, і в деяких випадках вони необхідні для розвитку бажаних властивостей продукту. Нижче ми представимо деякі характеристики хімічних, біохімічних і фізико-хімічних реакцій і наведемо приклади, характерні для охолоджених продуктів.

Характеристики хімічних реакцій

Хімічні реакції протікають, якщо є реагенти у відповідній формі і якщо перевищено енергетичний поріг активації реакції. Присутність неорганічних каталізаторів зменшує енергетичний поріг активації і веде до протікання реакції, яка без них не мала б місця. Швидкість реакції залежить від концентрації реагентів і температури. Збільшення температури прискорює випадкове рух молекул реагентів, що підвищує ймовірність їх контакту. Зазвичай припускають, що на кожні 10 ° С підйому температури швидкість реакції подвоюється.

Важливі хімічні реакції в охолоджених продуктах

окислення ліпідів

Окислення ліпідів - одна з основних причин погіршення якості м'яса і м'ясних продуктів. Варене м'ясо і птиця швидко набувають характерного окислений смак / запах, званий в роботі [107] розігрітим (WOF, Warmed Over Flavour). Найкраще можна описати його як смак / запах, що асоціюється з повторно розігрітим м'ясом, і він описаний як такий експертами по органолептическому аналізу при вільному описі звареного м'яса, яке розігрівали після холодильного зберігання [19, 62]. Подальший опис було виконано для WOF в свинині [15] і курячому м'ясі [16], були створені словники термінів для органолептичного аналізу, що містять 16 і 18 термінів відповідно. В приготованому м'ясі, яке зберігається при температурах холодильного зберігання, цей несвіжий, окислений смак стає помітним через короткий час (в межах двох діб), що відрізняється від більш повільного виникнення згірклого смаку в ході зберігання в замороженому вигляді (протягом тижня) [80]. Хоча вважається, що WOFпоявляется тільки у вареного м'яса, є дані, що він з'являється так само швидко в сирому молотом м'ясі на повітрі [35,92] і в реструктурованих продуктах зі свіжого м'яса внаслідок руйнування мембран тканини і впливу кисню [34]. Проте значення появи цього смаку для виробників харчових продуктів збільшилася з появою і розширенням ринків продуктів, які зазнали тепловій обробці, і охолоджених - таких, як готові обіди із замороженого напівфабрикату (наприклад, в алюмінієвій фользі), харчування для пасажирів авіарейсів і для експрес- закусочних. Споживач в таких випадках очікує смаку свіжоприготованого продукту. Розвиток і успішне функціонування сфери швидкого харчування і приготованих і охолоджених харчових продуктів в деякій мірі буде залежати від здатності виробників подолати поява WOF.

Вже давно основною причиною появи WOF вважається окислення ліпідів. Це підтверджується дослідженнями, які показують зв'язок WOF, що визначається органолептичним методом [61], з результатами вимірювань тіобарбітуровую числа (TEA) (показника окислення ліпідів) [42,44,100] і виявленням летючих сполук, які виділяються з вільного простору над м'ясними пробами [3, 20,90]. Як і в інших випадках окислювальному прогорклости, процес окислення ліпідів призводить до утворення безлічі різних з'єднань, деякі з яких вносять різний внесок у формування небажаного смаку і запаху, пов'язаних з прогірклим. Тому має місце невідповідність між результатами вимірювань хімічних показників та органолептичної оцінкою прогорклости.

Реакційна здатність харчових ліпідів залежить від ступеня ненасиченості складових їх жирних кислот, їх доступності та присутності активаторів або інгібіторів. Склад жиру в м'ясі визначається цілою низкою чинників, в тому числі харчуванням тваринного і типом жиру. Ліпіди містяться в основному в жирових запасах (жирової тканини) або в клітинних мембранах у вигляді фосфоліпідів. При тепловій обробці ненасичені фосфоліпіди, на відміну від запасених тригліцеридів, стають більш схильними до окислення в результаті руйнування і дегідратації клітинних мембран. Більш високий рівень ненасиченості жирних кислот в фосфолипидах вносить вклад в їх більш швидке окислення [43]. Показана роль фосфоліпідів у формуванні WOF [41] і Теа-реактивних речовин [83,89].

Загальновизнано, що самоокислення ліпідів включає ланцюгову реакцію вільних радикалів (рис. 9.1), ініційовану при видаленні рухомого атома водню з його позиції в ліпіди (RH) з утворенням ліпідних радикалів (R *) (ініціювання). Реакція з киснем дає пероксидні радикали (ROO *), слідом за чим відбувається відділення іншого атома водню від ліпідної молекули. Утворюються гідропероксид (ROOH) і інший вільний радикал (R *), здатний до підтримки ланцюгової реакції (розвиток). Розкладання гидропероксидов включає в себе інші механізми, пов'язані з вільними радикалами, і утворення продуктів, які не є радикалами, в тому числі летючих ароматичних сполук.

Незважаючи на зусилля дослідників, механізм запуску, що веде до утворення ліпідних радикалів (алкілових або аллілових) (R *) в м'ясі, як і раніше незрозумілий.Ланцюгова реакція вільних радикалів

Мал. 9.1. Ланцюгова реакція вільних радикалів

Встановлено участь заліза [73], але крім цього також запропоновані різні інші механізми, не підтверджені незаперечними доказами [5].

Швидкість утворення вільних радикалів збільшується в присутності металевих каталізаторів. У разі розвитку запаху розігріву в підданому тепловій обробці м'ясі показано, що прискорюють окислення як вільні іони заліза, так і гемопротеїни, включаючи метміоглобін в присутності пероксиду водню [5]. Відомо, що наявність вільного заліза збільшується в результаті теплової обробки [42], так як гемопротеїни руйнуються і виділяють вільний залізо. Кількість виділився заліза залежить від швидкості нагрівання і від кінцевої температури, а отже, від методу нагріву. Повільний нагрів вивільняє більше вільного заліза, ніж швидкий - жарка або ловлення м'яса виділяє його більше, ніж нагрівання струмами надвисокої частоти (в мікрохвильовій печі) [94].

Заходи запобігання WOF були розглянуті в роботі [80]. Застосовуваний метод найчастіше обмежений вимогами до кінцевого продукту. Фенольні антиоксиданти, такі як ВНТі ВНА, погано діють в разі цілих шматків м'яса [115], і більше підходять для продуктів з подрібненого м'яса, так як в них може бути досягнуто більш рівномірний розподіл антиоксиданту. Перегрів або стерилізація в автоклаві призводять до утворення в м'ясі з'єднань, що володіють антиоксидантною активністю (продукти реакції Майяра). Ці сполуки можуть бути придатні для продуктів, консервованих в банках, проте часто призводять до того, що продукт набуває характеристики, що перешкоджають його сприйняттю як свіжого, що необхідно для багатьох харчових продуктів. Такі речовини можуть бути додані до м'яса, але це пов'язано з тими ж обмеженнями, що і в разі штучних антиоксидантів. Зменшення WOF також досягнуто шляхом використання вітаміну Е (токоферолу). В роботі [53] показано, що додавання альфа-токоферолу до підданої тепловій обробці свинині зменшує ліпідне окислення і WOF. Проблеми з досягненням адекватного розподілу антиоксиданту в м'ясі можна було б подолати, вводячи добавки з вітаміном Е в корм тварин. Показано, що додавання ацетату альфа-токоферолу в раціон кроликів [60] і м'ясних курчат (бройлерів) [79] вело до зростання м'язової тканини і зменшення розвитку WOF. Дослідження природних антиоксидантів, присутніх в овочах, показало певний ефект використання екстрактів зеленого (незрілого) перцю, цибулі та картопляного лушпиння [84], трав і спецій, особливо розмарину, шавлії, майорану [37] і гвоздики [50]. Дані про ефективність ефірного масла розмарину як оксиданта в м'ясі, що пройшов теплову обробку, суперечливі, хоча в роботі [75] зазначено, що ефірне масло розмарину і триполіфосфат натрію ефективно запобігають WOF в ростбіф. У попередньо приготованих свинячих тефтелі, оброблених розмарином і зберігаються при 4 ° С протягом 48 ч, не виникали окислені смаки, подібні виникають в контрольних пробах [55], а в відбитих біфштекси з розмариновим ефірною олією, що зберігаються в охолодженому вигляді, значного поліпшення по порівняно з контрольними пробами не відбулося [102].

Нітрит, доданий в діапазоні 50-200 ppm - це ефективний інгібітор розвитку WOF [18,92]. Нітрит і гемопротеїни утворюють комплекси нітрозілміохрома і нітрозілгемохрома, в яких залізо стабілізується зв'язуванням оксиду азоту з кільцем порфирина (рис. 9.2). Однак рожеве забарвлення м'яса може бути неже-Nitrozilmioglobin. Міоглобін з nitritnиm ligandom

Рис. 9.2. Nitrozilmioglobin. Міоглобін з nitritnиm ligandom

лательно; причини виникнення рожевого кольору в необробленому м'ясі після теплової обробки розглядається нижче в цьому розділі. Ефективність пірофосфату, триполифосфата і гексаметафосфата, які утворюють хелати з металевими іонами, особливо прискорюють окислення іонами заліза, показано в роботі [107] для свинини. Потім це було підтверджено для подрібненої яловичини [92], відбитих біфштексів [68] і для курячого м'яса в тесті і в паніровці [12]. Фосфати в поєднанні з аскорбіновою кислотою можуть створювати синергетичне (взаємно підсилює) дію, так, що пройшла теплову обробку мелена свинина була захищена від ліпідного окислення до 35 діб при 4 ° С [97].

Альтернативний підхід полягає в захисті м'яса від окислення. Це може бути досягнуто шляхом створення кисневого бар'єру за допомогою соусу або підливи, які можуть бути нанесені до моменту приготування або при подальшому зберіганні. Цей принцип був продемонстрований шляхом порівняння терміну зберігання замороженого м'яса з терміном зберігання такого ж м'яса, що пройшло теплову обробку, без покриття підливою [25]. Минулий теплову обробку і покрита підливою свинина може зберігатися при -18 ° С більш 100 тижнів, а свинина, що зберігається без підливи, була непридатна до вживання вже через 22 тижні.

Упаковка в регульованому газовому середовищі для зменшення WOFпріменялась до попередньо приготованої індички, свинини і продуктах зі свинини. Хоча продукти, що зберігаються в атмосфері азоту і вуглекислого газу, були менш «окисленими», ніж зберігаються у звичайному повітряному середовищі, найбільш ефективною була вакуумна упаковка [51,76]. В роботі [99] розглянуті потенційні вигоди застосування упаковки в РГС для приготованих і охолоджених продуктів, готових до вживання. Захист від окислення в ході теплової обробки також корисна. Теплова обробка і подальше зберігання курячих грудок в атмосфері азоту знижувало значення TEA і органолептичні оцінки (швидкі) для інтенсивності WOF в порівнянні з контрольним продуктом, приготованим на повітрі і зберігається в азоті або на повітрі (рис. 9.3).

Самоокислення або окислювальна згірклості аж ніяк не обмежені м'ясом та м'ясними продуктами. Молочні продукти і жирна риба також сильно до них схильні. Міграція міді в вершки при збиванні масла може викликати послідовність реакцій окислення, що викликають швидке погіршення смаку. Маслянка містить багато ненасичених фосфоліпідів, особливо фосфатидил етаноламіну, який може зв'язувати іони металу, прискорюючи окислення, а присутність комплексу метал-фосфолипид на кордоні масло-вода полегшує утворення гідропероксидів ліпідів.

Риб'ячий жир містить у великій кількості n-З-поліненасичені жирні кислоти, які схильні до окислення атмосферним киснем, що веде до псування. Незважаючи на це смак прогорклости мабуть впливає тільки на прийнятність більш жирних видів, таких як форель, сардина, оселедець і скумбрія; причому форель і патрання скумбрія окислюються при температурах вище Про ° С, а оселедець залишається відносно «неушкодженою». В роботі [17] було припущено, що в рибі окислені ліпіди зв'язуються в липидно-протеїнові комплекси, а не утворюють карбонільні сполуки, що обумовлюють прогірклий смак. Липидно-протеїнові комплекси також є однією з причин жорсткості текстури, що з'являється у погано зберігається риби. Потреба в кисні мікроорганізмів і ферментів (різна в залежності від виду) може також визначати кількість кисню, що йде на самоокислення. Дані по активності ліпоксигенази в тканини шкіри форелі дають підстави говорити про можливість запуску ліпідного окислення за рахунок забезпечення джерелаВплив газового середовища при приготуванні і зберіганні курячих грудок на розвиток ZVOF

Мал. 9.3. Вплив газового середовища при приготуванні і зберіганні курячих грудок на розвиток VOF

ініціюють радикалів [31]. Оцінку ступеня впливу окислення на якість риби ускладнює те, що багато продуктів, що транспортуються в мережі збуту охолодженими, попередньо заморожують, щоб усунути вплив сезонності пропозиції (особливо це відноситься до оселедця).

Фарбування м'ясних продуктів в рожевий колір

Зміна кольору харчових продуктів - це загальна проблема, яка може набувати різних форм і бути пов'язана з широким діапазоном хімічних реакцій. Біохімічне або ферментативне потемніння (придбання золотисто-коричневого відтінку) розглядається нижче. Фарбування в рожевий колір пройшло теплову обробку м'яса - давно існуюча і дуже поширена проблема, яка зачіпає виробництво, роздрібну торгівлю, обслуговування і домашнє господарство. Найчастіше таке забарвлене м'ясо сприймається як недовареною. Проблема особливо помітна в разі нарізаного м'яса, відбитих смажених продуктів, пирогів з м'ясом і запіканки. Виявлено різні причини появи рожевого кольору, які наведені в табл. 9.1 із зазначенням типу пігменту, з яким, як вважають, пов'язане фарбування. В роботі [67] розглянуті причини фарбування в рожевий колір пройшло теплову обробку білого м'яса і фактори, що впливають на це фарбування.

Міоглобін - це одновимірний сферичний гем-протеїн, виявлений у всіх хребетних, який разом з гемоглобіном додає м'ясу червоний колір. Кількість міоглобіну по-різному залежно від виду тварини і тканини, і, крім того, залежить від безлічі факторів навколишнього середовища. Як показано в табл. 9.1, міоглобін може бути присутнім в декількох формах, деякі з яких можуть надати червоний або рожевий залишковий колір м'яса навіть після теплової обробки. Недавні роботи показали, що більш 80% випадків фарбування в рожевий колір обумовлено нітрозоміоглобін, що утворюється через домішок нітратів, і їх подальшим бактеріальним відновленням до нітритів [13].

Особливості біохімічних реакцій

Біохімічні реакції каталізується особливими білками - ферментами. Це дуже спеціалізовані та ефективні каталізатори, що знижують поріг активації, так що швидкість реакції термодинамічно можливих реакцій різко зростає. Специфічність ферментів для певних речовин вказується в їхніх назвах зазвичай шляхом додавання суфікса -аза до назви речовини, на яке фермент діє, наприклад, ліпаза діє на ліпіди, протеаза на протеїни (білки). Каталітична активність ферментів сильно залежить від структури білка, а багато особливостей реакцій, каталізуються ферментами, обумовлені впливом локальної навколишнього середовища. Тепло, крайні значення кислотності або лужності і велика іонна сила можуть денатурувати фермент, викликаючи пошкодження або втрату активності. Інгібітори і активатори ферментів, які пов'язують їх можна зупинити або

Таблиця 9.1. Види пігментів і причини, що викликають фарбування м'ясних

продуктів в рожевий колір (по [13])

вид пігментуПричина рожевого фарбування

Oksimioglobin

nitrosomyoglobin

Karboksimioglobin Vosstanovlennиy denaturirovannиy міоглобіну

низькотемпературна обробка

Забруднення нітритами безпосередньо або з відновлених нітратів; оксиди азоту в печах

Чадний газ в печах; гамма-опромінення

Високий pH, повільна обробка, багато солі і наявність

восстановителей

необоротно, можуть діяти, викликаючи зміни в структурі або діючи безпосередньо на активний ділянку.

Температура, при якій відбувається денатурація, часто відображає умови навколишнього середовища, в якій фермент зазвичай діє. Для більшості ферментів теплокровних тварин денатурація починається при температурі близько 45 ° С, і близько 55 ° С швидке денатурація позбавляє фермент каталітичної функції; ферменти з фруктів і овочів зазвичай денатурируют при більш високих температурах (70-80 ° С); деякі ферменти мікроорганізмів (наприклад, ліпази і протеази) можуть витримувати температури, що перевищують 100 ° С [23].

У живій клітині ферменти каталізують безліч реакцій, які в сукупності представляють собою обмін речовин (метаболізм). У клітинному оточенні контроль і координація активності ферментів досягається за допомогою механізмів зворотного зв'язку і компартментализации. Руйнування, яке відбувається під час забою худоби або при зборі врожаю, може вимагати вжиття заходів для запобігання подальшому дії ферментів (хорошим прикладом є бланшування овочів). Активність ферментів може бути посилена, якщо вони покращують якість продуктів, як у випадку кондиціонування м'яса, при якому активність протеази використовується для руйнування м'язових волокон для більш повного прояву смаку і м'якості.

Швидкість реакцій, каталізуються ферментами, збільшується з ростом концентрації субстрату, але тільки до певної межі (максимальна активність), при якому фермент насичений субстратом. Подальше збільшення концентрації субстрату не збільшує швидкість реакції, яка зростає з температурою (так само, як у хімічних реакцій) до температури, оптимальної для активності. При температурах вище зазначеної відбувається денатурація білка-ферменту, і він втрачає активність. При температурах холодильного зберігання активність ферментів в більшості продуктів низька, але існують певні винятки. Ферменти холоднокровних видів можуть адаптуватися і зберігати активність при низьких температурах. У тріски активність ліпази при 0 ° С демонструє виражену фазу затримки перед досягненням максимальної активності, рівень активності зменшується до 0 ° С і збільшується до максимуму при -4 ° С.

Ферменти з різних джерел, каталізує перетворення тих же субстратів в ті ж продукти реакції, можуть мати різні швидкості реакції, pH або оптимальні температури, в залежності від їх походження. Термін зберігання охолодженого салату з макаронними виробами, що складається з готових макаронних виробів, цибулі, червоного і зеленого перцю, огірка, солодкого їдальнею кукурудзи, грибів і приправи з оцту і оливкового масла, обмежений зміною кольору кукурудзи або грибів (які стають коричневими), що залежать від температури зберігання [32]. Зберігання салату при температурі між 2 і 15 ° С показало, що температурні характеристики реакцій потемніння (ймовірно, каталізувати ферментом поліфенолоксидаза) були зовсім різні у грибів і кукурудзи (рис. 9.4).

У грибах швидкість реакції потемніння виявилася менш залежною від температури, ніж реакція в кукурудзі, так що при більш високих температурах термін зберігання салату був обмежений потемніння кукурудзи, а при більш низьких температурах потемніння грибів. Для запобігання таких змін або прогнозування терміну зберігання як функції температури повинні бути відомі властивості реакцій, що викликають ці зміни зовнішнього вигляду.

Ферменти в харчовому продукті можуть бути ендогенними, тобто присутніми в природному стані в тканинах рослини або тварини. У цю категорію потрапляють сотні ферментів, хоча не всі вони істотно впливають на якість продукту. Екзогенні ферменти можуть бути додані виробником для виконання специфічної функції, наприклад, папаїн - для тендерізаціі м'яса, протеази - для дозрівання сиру або нарінгіназа - для видалення гіркоти соків з цитрусових, особливо з грейпфрутового соку. Ферменти можуть бути присутніми в результаті забруднення при міграції з одного продукту в інший при їх контакті. Прикладом може служити міграція липаз з небланшірованного перцю, що знаходиться в піці, в сир, у якого при наявності відповідних тригліцеридів в результаті ліполізу виникає мильний присмак. Може відбуватися також забруднення позаклітинними ферментами з мікроорганізмів (наприклад, ліпазами і протеазами), причому мікроорганізм може бути зруйнований тепловою обробкою, а фермент, стійкий до неї, може зберегтися.Органолептичні зміни в салаті з макаронних виробів

Мал. 9.4. Органолептичні зміни в салаті з макаронних виробів з приправою з оцту і оливкового масла, що зберігається в охолодженому вигляді. За [32]

Додати коментар

Вашу адресу електронної пошти не буде опублікований. Обов'язкові поля позначені *