В ходе производства сырокопченых колбас микробиологическая обсемененность мясного сырья может возрасти за счет попадания микрофлоры извне. Это может существенно ухудшить качество мясного сырья и готовой продукции [1, с.62, 2, с.1016].
Учеными Северо-Кавказского федерального университета разработан способ разрядно-импульсного воздействия на мясное сырье. Они установили, что при импульсном подводе энергии к продукту, возможно, уменьшить количество микрофлоры, при этом ускоряется процесс посола сырья. При гистологическом исследовании мясного сырья, подвергнутого разрядно-импульсному воздействию, ими отмечено утолщение диаметра мышечных волокон, при этом увеличивается ВСС мяса [3, с.30, 4, с.1702, 5, с.77].
Рядом ученых [6, с.95, 7, с.26] предложен способ обработки мясного сырья электромагнитным полем низких частот (ЭМП НЧ). Их работы указывают на возможность применения ЭМП низких частот для снижения микробиологической обсемененности. В своей работе авторы приводят ряд частот, при действии которых происходит снижение активности микроорганизмов [8, с.578, 9, с.581].
Целью данной работы является изучение и разработка устройства для обработки ЭМП НЧ стартовых культур и мясного сырья.
Первый этап: разработка и обоснование основных параметров электрической схемы источника питания, для электромагнитного излучателя.
Для обработки ЭМП НЧ на кафедре применения электрической энергии Кубанского государственного аграрного университета, была разработана электромагнитная установка, электрическая схема блока питания которого представлена на рисунке 1.
Рис.1 – Электрическая схема блока питания электромагнитной установки
Устройство для обработки ЭМП НЧ состоит из генератора импульсов и цепи управления.
Цепь управления предназначена для управления тиристором VD10. Генератор импульсов состоит из источника низкочастотных электрических колебаний и излучателя электромагнитных импульсов в виде соленоида. В качестве источника излучений использован генератор униполярных треугольных импульсов, способных сгенерировать частоты в диапазоне 10-200 Гц. Соленоид имеет ферритовый сердечник, что дает возможность сгенерировать частоты с энергией более 4,5 ккал/моль [10, с.216, 11, с.786].
Для определения наиболее важных факторов [12, с.1113, 13, с.224], влияющих на обрабатываемый образец, нами была произведена их экспертная оценка (в баллах) и построена диаграмма Парето (рис. 2).
Рис.2 – Диаграмма Парето
1 – частота сигнала, Гц; 2 – время обработки, мин; 3 – форма сигнала;
4 – расстояние до обрабатываемого объекта; мм; 5 – размер излучателя, мм; 6 – площадь обрабатываемого объекта; 7 – толщина слоя обрабатываемого объекта; 8 – форма излучателя; 9 – количество витков излучателя; 10 – другие причины
На основании экспертной оценки факторов выполненной квалифицированными экспертами им были присвоены следующие баллы: 10 – частота сигнала, Гц; 9 – время обработки, мин; 8 – форма сигнала; 6 – расстояние до обрабатываемого объекта, мм; 6 – размер излучателя; 5 – площадь обрабатываемого объекта; 7 – толщина слоя обрабатываемого объекта; 5 – форма излучателя; 4 – количество витков излучателя; 5 – другие причины.
На основании выполненного анализа, можем сделать вывод, что наиболее существенными факторами являются частота сигнала и время обработки. Для более полного анализа нами были приведены исследования всех перечисленных факторов влияющих на степень обработки ЭМП НЧ мясного сырья и стартовых культур.
Треугольная форма сигнала, позволяет более эффективно и энергетически целесообразно проводить обработку образцов электромагнитным полем [8, с. 578].
Для изучения влияния ЭМП НЧ на развитие мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, дрожжей и плесневых грибов использовали говядину охлажденную высшего сорта и свинину охлажденную полужирную [14, с.1721, 15,с.74]. При исследовании нами были исследованы частоты от 10 до 110 Гц. Исследуемые образцы мясного сырья помещали в экранированную камеру с вмонтированным излучателем МП. На мясо генерировали сигнал в виде треугольной формы в диапазонах 10-110 Гц в течение 15, 30, 45 и 60 минут.
Развитие микрофлоры усиливается при приближении частоты обработки к 35 Гц и снижается при обработке частотами свыше 50 Гц. Максимальный пик развития микрофлоры наступает при обработке ЭМП НЧ с частотой 45 Гц и продолжительностью 60 минут, мы получили результат в 8,1×107 КОЕ/г, что существенно отличается от ближайшего максимума при обработке с частотой 40 Гц (1,9×106 КОЕ/г) и 50 Гц (2,3×107 КОЕ/г) продолжительностью 60 минут [16,с.91, 17,с.1149].
При дальнейшем увеличении частоты наблюдается значительное угнетение развития микрофлоры, которое наступает при обработке сырья с частотой 95 Гц и продолжительностью 60 минут. Спад угнетения развития наступает при обработке с частотой 105 Гц и продолжительностью 60 минут. Пиком угнетения развития микрофлоры является частота 100 Гц с продолжительностью 60 минут (2,8×102 КОЕ/г).
При анализе полученных данных обработки говядины охлажденной и свинины охлажденной с частотой 100 Гц видно, что различия показателей КМАФАнМ между временем обработки, начиная от 30 минут и заканчивая 60 минутами, не являются существенными. В связи с этим и беря во внимание то, что длительная обработка мясного сырья может повлиять на скорость обработки, поточности производства и, в итоге, на экономические показатели производства готового продукта, на основании полученных данных нами предложено производить обработку мясного сырья с частотой 100 Гц и продолжительностью 30 минут.
Анализ цветной фотографии спектров (рис. 3) фотонов, отражённых от продукта обработки, показывает, что при частоте обработки продукта, равной 45Гц, эффект интенсификации роста микрофлоры максимален.
Рис. 3 – Спектры отраженных фотонов от обрабатываемого продукта при обработки частотой 45 Гц и продолжительностью 60 минут
Действию электромагнитных лучей в первую очередь подвергаются мембраны, ограничивающие различные внутриклеточные компоненты. Функциональные и морфологические нарушения клеточных мембран проявляются практически сразу после обработки ЭМП НЧ. Происходящие изменения ионного состава способствуют появлению пролиферативных процессов. В ходе обработки ЭМП НЧ изменяется проницаемость биологических мембран, ускоряется транспорт катионов натрия [18,с.1127, 19,с. 219].
Некоторые ученые считают, что отдельные структурные элементы имеют жидкокристаллическое строение. В связи с этим для них будет характерна анизотропия магнитных свойств. Полученные нами результаты позволяют считать, что жидкие кристаллы таких элементов ориентируются под влиянием магнитного поля, являясь ответственными за проницаемость мембраны, которая в свою очередь регулирует биохимические процессы, происходящие внутри клетки [20,с.223, 21,с.93].
Помимо воздействия на кристаллическую структуру мембран, ЭМП НЧ оказывает влияние на некоторые физико-химические свойства воды, такие как вязкость, поверхностное натяжение, поглощение света, диэлектрическая проницаемость, электропроводность. ЭМП НЧ, изменяя энергию слабых взаимодействий, способно оказать влияние на надмолекулярную организацию живых структур [8, с.578]. Это приводит к изменению количества химических реакций, некоторые из которых протекают с участием ферментов. В связи с этим, разные частоты могут вызывать разные эффекты. Некоторые из частот могут активизировать, а некоторые приостановить биологические процессы внутри клетки. Несмотря на разный эффект от действия ЭМП НЧ, в его основе лежит вращающееся электромагнитное поле.
Необходимо отметить, что электромагнитные поля, которые образуются вокруг ферромагнитных частиц, относятся к переменным и в отличие от постоянных их воздействие на биологические объекты может существенно отличаться.
В зависимости от различных факторов, движение ферромагнитных частиц может изменяться. К таким факторам относятся: масса, форма, интенсивность вращения и напряженность магнитного поля, размеры и вязкость среды и магнитных свойств частиц.
Различные движения, вращательные, колебательные, поступательные ферромагнитных частиц, а также вихревое движение, создаваемое ЭМП НЧ, стимулирует интенсивное перемешивание веществ, как в клетке, так и за ее пределами, как в микро – так и в макро объемах. Такие условия создают возможность для протекания физических и химических процессов, которые не всегда протекают или невозможны в естественных условиях. Таким образом, действие ЭМП НЧ с частотой 45 Гц в течение 60 минут интенсифицирует физико-химические процессы, происходящие внутри клетки, что способствует ускорению роста микрофлоры.
Анализ фото спектров фотонов показаны на рисунке 4, отражённых от продукта обработки показывает, что при частоте сигнала, обрабатываемого продукта, равной 100 Гц, обеззараживающий эффект максимален.
Рис. 4 – Спектры отраженных фотонов от обрабатываемого продукта при обработки частотой 100 Гц и продолжительностью 30 минут
На фото ярко зафиксирована фиолетовая часть спектра, который сформировали фотоны, излучённые электронами продукта обработки.
Частота экспериментальных импульсов 100 Гц. Если учесть, что резонанс наступает при совпадении амплитуд колебаний, то это возможно при кратном соотношении собственных частот колебаний электронов и частот внешнего воздействия, поэтому частота излучаемых фотонов должна быть целым числом. Поскольку цвет отраженного сигнала от обрабатываемого объекта (мяса), соответствующий самому эффективному режиму, голубой, то это значит, что длины волн, излучаемых фотонов, равны целым числам.
При воздействии на мясное сырье с частотой 45 Гц и продолжительностью 60 мин наблюдается ускоренное развитие микрофлоры. Из полученных данных следует, что при воздействии частотой 100 Гц и продолжительностью 30 минут происходит резонанс внешних частот ЭМП НЧ и внутренних частот. Это утверждение объясняет снижение активности микрофлоры при данной обработке. В связи с наступлением резонанса внутренних колебаний микрофлоры мы предполагаем, что такой же резонанс происходит в клетках мясного сырья, что, в свою очередь, может привести к сильному или частичному разрушению клеточной структуры мясного сырья.
Литература:
1. Nesterenko A. A. Perfectionnement de la technologie des saucissons fumes / A. A. Nesterenko, N. V. Kenijz // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. – 2014. – № 6 (11-12). – pp. 62-66
2. Кенийз Н.В. Интенсификация технологии сырокопченых колбас / Н.В. Кенийз, А.А. Нестеренко, Д.К. Нагарокова // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – №09(103). С. 1016 – 1039. – IDA [article ID]: 1031409066. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/66.pdf, 1,5 у.п.л.
3. Нестеренко А.А. Разработка технологии производства сырокопченых колбас с применением электромагнитной обработки мясного сырья и стартовых культур: дис. ... канд. техн. наук: 05.18.04/ Нестеренко Антон Алексеевич. – Воронеж, 2013. – 185 с.
4. Нестеренко А. А. Выбор и исследование свойств консорциума микроорганизмов для обработки мясного сырья / А. А. Нестеренко, К. В. Акопян // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – №07 (101). С. 1702 – 1720. – IDA [article ID]: 1011407111. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/111.pdf, 1,188 у.п.л.
5. Nesterenko A. A. The impact of starter cultures on functional and technological properties of model minced meat / A. A. Nesterenko // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. – 2014. – № 4 (7-8). – pp. 77-80.
6. Акопян К. В. Способы интенсификации созревания сырокопченых колбас [Текст] / К. В. Акопян, А. А. Нестеренко // Молодой ученый. – 2014. – №7. – С. 95-98.
7. Нестеренко, А. А. Инновационные технологии в производстве колбасной продукции / А. А. Нестеренко, А. М. Патиева, Н. М. Ильина. – Саарбрюккен: Palmarium Academic Pudlishing, 2014. – 165 с.
8. Нестеренко А. А. Устройство для электромагнитной обработки мясного сырья и стартовых культур / А. А. Нестеренко, К. В. Акопян // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – №07 (101). С. 578 – 598. – IDA [article ID]: 1011407033. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/33.pdf, 1,312 у.п.л.
9. Кенийз Н.В. Технология производства сырокопченых колбас с применением ускорителей / Н.В. Кенийз, А.А. Нестеренко, Д.К. Нагарокова // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2015. – №01(105). С. 581 – 608. – IDA [article ID]: 1051501033. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/33.pdf, 1,75 у.п.л.
10. Нестеренко А. А. Применение стартовых культур в технологии сырокопченых колбас [Текст] / А. А. Нестеренко, К. В. Акопян // Молодой ученый. – 2014. – №8. – С. 216-219.
11. Нестеренко, А. А. Влияние активированных электромагнитным полем низких частот стартовых культур на мясное сырье / Нестеренко А. А., Горина Е. Г. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – №05(099).– С. 786-802. – IDA [article ID]: 0991405053. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/05/pdf/53.pdf, 1,063 у.п.л.
12. Кенийз Н.В. Оптимизация рецептур колбасных изделий в условиях реального времени / Н.В. Кенийз, А.А. Нестеренко, Д.С. Шхалахов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – №08(102). С. 1113 – 1126. – IDA [article ID]: 1021408071. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/08/pdf/71.pdf, 0,875 у.п.л.
13. Нестеренко А. А. Изучение действия электромагнитного поля низких частот на мясное сырье [Текст] / А. А. Нестеренко, К. В. Акопян // Молодой ученый. — 2014. — №4. — С. 224-227.
14. Нестеренко А. А. Биомодификация мясного сырья с целью получения функциональных продуктов / А. А. Нестеренко, К. В. Акопян // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – №07 (101). С. 1721 – 1740. – IDA [article ID]: 1011407112. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/112.pdf, 1,25 у.п.л.
15. Нестеренко, А. А., Пономаренко, А. В. Использование электромагнитной обработки в технологии производства сырокопченых колбас // Вестник НГИЭИ. – 2013. – № 6 (25). – С. 74-83.
16. Нестеренко, А. А. Исследование биологической ценности колбасных изделий с применением новой технологии / А. А. Нестеренко, К. В. Акопян // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2014. – № 3(33) – С. 91-94.
17. Нестеренко А.А. Производство ферментированных колбас с мажущейся консистенцией / А.А. Нестеренко, Н.В. Кенийз, Д.С. Шхалахов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – №08(102). С. 1149 – 1160. – IDA [article ID]: 1021408073. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/08/pdf/73.pdf, 0,75 у.п.л.
18. Нестеренко А.А. Использование комплексных смесей для производства колбас / А.А. Нестеренко, Н.В. Кенийз, Д.С. Шхалахов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – №08(102). С. 1127 – 1148. – IDA [article ID]: 1021408072. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/08/pdf/72.pdf, 1,375 у.п.л.
19. Нестеренко А. А. Физико-химические показатели сырья после внесения стартовых культур [Текст] / А. А. Нестеренко, К. В. Акопян // Молодой ученый. – 2014. – №8. – С. 219-221.
20. Нестеренко А. А. Функционально-технологические показатели сырья после внесения стартовых культур [Текст] / А. А. Нестеренко, К. В. Акопян // Молодой ученый. – 2014. – №8. – С. 223-226.
21. Акопян К. В. Формирование аромата и вкуса сырокопченых колбас [Текст] / К. В. Акопян, А. А. Нестеренко // Молодой ученый. – 2014. – №7. – С. 93-95.
