CC BY
104
Современные подходы
к объективной оценке качества мясного сырья и готовой продукции
И.М. Чернуха, доктор техн. наук, Т.Г. Кузнецова, доктор биол. наук, Е.Б. Селиванова, канд. техн. наук, Е.И. Марсакова
ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии
Сенсорная оценка, проводимая с помощью органов чувств человека, — широко распространённый способ определения качества пищевых продуктов. В то же время органолептические методы не всегда позволяют объективно характеризовать продукцию, что связано с особенностями сенсорной чувствительности каждого из дегустаторов. Объективизация данных органолептического анализа может быть достигнута посредством применения современных аналитических приборов, например, мультисенсорных систем «электронный нос».
Ключевые слова: мясо, электронный нос, свежесть, аромат мясопродуктов, калибровочный график.
^ В настоящее время в России сенсорные системы применяются во многих отраслях промышленности, в том числе пищевой, медицинской, военной и др., однако в мясной промышленности данный прибор еще не нашел широкого применения. В тоже время его возможности позволяют решать задачи качественного и количественного анализа многокомпонентных смесей летучих веществ, формирующих запах пищевых продуктов.
«Электронный нос» — это анализатор паров или газов на основе разнородных сенсоров, имитирующих работу органов обоняния человека.
«Электронный нос» — это анализатор паров или газов на основе разнородных сенсоров, имитирующих работу органов обоняния человека. Подобная сенсорная система обеспечивает получение узнаваемого образа анализируемой смеси паров пахучих веществ, которая может содержать сотни различных химических соединений [1]. «Электронный нос» состоит из сенсоров, которые подбираются по их химическому сродству к отдельным компонентам анализируемой смеси газов и паров. Каждый сенсор обладает различной чувствительностью к анализируемым веществам и имеет свой специфический профиль откликов («визуальный отпечаток») в ответ на тестируемые запахи [5]. Схема работы сенсорной системы «электронный нос» представлена на рис. 1.
В свете решения задач оценки качества мясного сырья и вспомогательных материалов, а также идентификации и установления факта фальсификации пищевых продуктов при входном контроле на предприятиях, использование «электронного носа» представляется достаточно перспективным. Применение сенсорных систем позволяет исключить массу проблем, связанных с использованием в оценке качества пищевых продуктов специально обученных дегустаторов. К числу таких проблем относят:
- особенности сенсорной чувствительности каждого из дегустаторов; адаптацию чувствительности обонятельного органа при длительном воздействии стимула;
- влияние усталости, различных инфекций, токсических веществ, физического состояния человека на остроту обоняния;
- субъективности в оценках восприятия и ряд других факторов.
В представленной статье показаны возможности использования мультисенсорной системы VOCmeter для оценки качества мясного сырья и готовой продукции с целью повышения объективности получаемых результатов, внедрения экспресс-методик, позволяющих сократить время и затраты на проведение испытаний, а также избежать противоречий, возникающих при использовании традиционных методов анализа.
Исследования проводили на приборе VOCmeter фирмы AppliedSensor, Германия. В качестве объектов исследования в работе использовали охлаждённое и размороженное мясное сырье различных видов убойных животных, продукты из свинины, полученные из охлаждённого и размороженного мясного сырья, ветчинные консервы.
Как показали результаты проведённой работы, немаловажное значение «электронный нос» может иметь при оценке свежести пищевой продукции, по-
Рис. 1. Схема работы сенсорной системы «электронный нос»
ГЛАВНАЯ ТЕМА / Контроль качества и безопасности
скольку на сегодняшний день органолептический анализ не всегда позволяет объективно решить данную задачу. Известно, что основными летучими соединениями, формирующими запах порчи мясного сырья, являются продукты распада белков, жиров и углеводов: углекислый газ, аммиак, сероводород, летучие жирные кислоты, перекиси, альдегиды, кетоны, ок-сикислоты, меркаптаны и другие вещества, уровень которых может колебаться в широких пределах в зависимости от различных факторов [3, 4]. На основании мультисенсорного анализа качественного и количественного состава летучих компонентов, формирующих запах мяса в процессе хранения, в институте разработана методика оценки свежести мясного сырья различных видов убойных животных с использованием сенсорной системы VOCmeter. Границы показаний сенсоров для соответствующих категорий свежести мясного сырья (мышечной и жировой тканей отдельно) устанавливали на основании результатов традиционных методов физико-химического и органолептического анализа. Критерии све-
жести мяса определяли путём обработки показаний сенсоров методом главных компонент. Метод базируется на построении факторов — главных компонент, каждый из которых представляет линейную комбинацию исходных признаков.
Проведённые исследования мясного сырья в процессе хранения позволили установить границы главной компоненты (РС1), соответствующие каждой категории свежести как мышечной, так и жировой тканей. Калибровочные графики мультисенсорной оценки свежести мышечной и жировой тканей различных видов убойных животных представлены на рис. 2 и рис. 3.
На рис. 2 (а и б) видно, что с увеличением количества летучих веществ, образующихся в процессе порчи мяса, увеличивается размер кластера — области расположения точек, характеризующей каждую из категорий свежести сырья. Например, область точек, характеризующая свежее мясо, располагается в четвёртой четверти системы координат и её размеры невелики. Кластер, характеризующий мясо «сомни-
200000
100000-
о
Q-
-100000-
-200000-
-300000-I
cQ3 *3 у' #3 / /«г :v
X 2 1 03 1 1
-500000
500000 РС1: 98.4%
1000000
50000
со
о -50000
CL
-100000
-400000
-200000
РС1: 98.4%
(а) (б)
Рис. 2: а) калибровочный график мультисенсорного анализа образцов мышечной ткани трёх категорий свежести (1 — свежее мясо, 2 — сомнительной свежести, 3 — несвежее);
б) фрагмент графика а) для образцов мышечной ткани двух категорий свежести (свежее и сомнительной свежести)
50000 -
CNI О C\¡
О Q-
-50000-
■ оз
- 3
_ 1 0 500000
CNJ О
СЧ)
О
CL
10000
5000
о
РС1: 99.8%
Т
-300000
РС1: 99.8%
Т
-250000
(а) (б)
Рис. 3: а) калибровочный график мультисенсорного анализа образцов жировой ткани трёх категорий свежести (1 — свежее мясо, 2 — сомнительной свежести, 3 — несвежее);
б) фрагмент графика а) для образцов жировой ткани двух категорий свежести (свежее и сомнительной свежести)
тельной свежести», имеет большие размеры и располагается в третьей четверти системы координат. Кластер, характеризующий несвежее мясо, имеет наибольшие размеры и располагается в первой и второй четвертях системы координат.
Следует отметить, что с накоплением летучих продуктов порчи мяса увеличивается значение первой главной компоненты (РС1), определённой нами в качестве основной шкалы оценки свежести мяса. В таблице 1 представлены критерии свежести мышечной ткани.
Таблица 1. Значения первой главной компоненты (РС1) для трёх категорий свежести мышечной ткани
Категория свежести Диапазон РС1 • 103
«Свежее» < (-433)
«Сомнительной свежести» (-433) + (-189)
«Несвежее» > (-189)
5000-
о
-5000-
\ \оОО \ \ -Q0
\ Оо\ \оо \ оо 0
-10000
10000
20000
РС1: 96.9%
Рис. 4. Пространственное расположение точек мультисенсорного анализа охлаждённого (0) и размороженного (2) мясного сырья
На рис. 3 (а и б) видно, что расположение кластеров, свойственных жировой ткани, аналогично расположению кластеров мышечной ткани соответствующих категорий свежести. Критерии оценки свежести жировой ткани согласно значениям главной компоненты РС1 представлены в таблице 2.
Таблица 2. Значения первой главной компоненты для трёх категорий свежести жировой ткани
Категория свежести Диапазон РС1 • 103
«Свежее» < (-300)
«Сомнительной свежести» (-300) + (-245)
«Несвежее» > (-245)
Разработанные калибровочные графики позволяют проводить объективную оценку свежести мясного сырья любых видов убойных животных в короткие сроки (не более 30 мин.).
Мультисенсорный анализ может быть использован при входном контроле мясного сырья на мясоперерабатывающих предприятиях в качестве экспресс-метода.
На основании полученных данных разработаны методические рекомендации по оценке свежести мясного сырья мультисенсорным методом, определяющие способы отбора проб, порядок проведения исследований и оценку полученных результатов. Мультисен-сорный анализ может быть использован при входном контроле мясного сырья на мясоперерабатывающих предприятиях в качестве экспресс-метода.
Инструментальный сенсорный метод позволяет также проводить дифференциацию охлаждённого и размороженного мясного сырья. Например, на рис. 4 приведены данные показаний сенсоров, обработанные методом главных компонент. Следует от-
метить, что кластеры, характеризующие охлаждённое и размороженное мясное сырьё, располагаются в различных четвертях системы координат на значительном расстоянии друг от друга, что обусловлено изменением белковой системы мышечной ткани в процессе замораживания.
Проведённые исследования также позволили установить возможно ли с помощью мультисенсорного анализа дифференцировать замороженное мясное сырьё с различными сроками хранения (рис. 5).
На рис. 5 (а и б) представлены кластеры, характеризующие мясное сырьё различных сроков хранения (до пяти недель хранения). Возможность дифференциации мясного сырья связана с различной интенсивностью его запаха в зависимости от времени хранения, поскольку в этот период происходят необратимые изменения белков, азотистых экстрактивных веществ, жиров, углеводов, оказывающие влияние на качественный и количественный состав летучих компонентов.
Большой научный и практический интерес представляет изучение возможности использования муль-тисенсорных систем для оценки аромата готовой продукции. С этой целью на приборе «VOCmeter» провели анализ летучих компонентов запеченного мяса (свинина), полученного из охлаждённого (обр. А) и размороженного (обр. В) мясного сырья. Полученные результаты позволили провести сравнительную количественную оценку интенсивности запаха мясного сырья и аромата готовой продукции с помощью подсчета площадей «визуальных отпечатков».
На рис. 6 а видно, что формы и площади «визуальных отпечатков» охлаждённого и размороженного мясного сырья отличаются незначительно (8во (обр. А)) = 18,2-107; 8во (обр. В) = 17,9-107).
Известно, что при термической обработке мяса его компоненты (аминокислоты, углеводы и др.) испытывают различного рода превращения, давая новую гамму веществ и соединений, формирующую аромат мясных изделий. Условия кулинарной обработки, вид используемого сырья оказывают существенное влияние на конечные результаты биохими-
CP
ГЛАВНАЯ ТЕМА / Контроль качества и безопасности
6000
4000
2000
-2000
-4000
-6000
ojy^ / оос / оо 0 ,0 о°/ ^_^ ( \ \04 04 Q ¿>4 О*----4
ф 5
-2450
-2500-
ю -2550 -
о
Q-
-2600-
-2650
-10000
10000
20000
-12700
-12650
-12600
-12550
РС1:93.6%
РС1: 93.6%
(а) (б)
Рис. 5: а) пространственное расположение кластеров мультисенсорного анализа охлаждённой и размороженной говядины следующих сроков хранения при температуре (-18)°С: 0 — охлаждённое мясо; 2 — две недели; 3 — три недели; 4 — четыре недели; 5 — пять недель;
б) фрагмент графика а) для образцов двух и трёх недель хранения
Образец А Образец В
(а) (б)
Рис. 6. «Визуальные отпечатки», полученные при мультисенсорном анализе образцов мясного сырья (а) и запеченного мяса (б)
ческих превращений, т.е. состав ароматобразующих сложных смесей веществ, определяющих специфический запах готового продукта.
На рис. 6 б представлены «визуальные отпечатки» исследования образцов запеченного мяса. Следует отметить, что после термической обработки мяса полученные «отпечатки» характеризуются большими площадями по сравнению с «отпечатками» исходного мясного сырья. При этом площадь «отпечатка» готового продукта, полученного из охлаждённого сырья, равна 329,5-107 единиц, размороженного — 193,0107 единиц, что обусловлено, по-видимому, различной реакционной способностью веществ-предшественников аромата в мясном сырье.
В табл. 3 приведены сравнительные данные орга-нолептического анализа, полученные по результатам оценки образцов дегустационной комиссией и площадей «визуальных отпечатков» сенсоров прибора «VOCmeter».
На основе данных сравнительного анализа показана прямая зависимость изменения площади «визуального отпечатка» и балльной органолептической оценки запаха. Полученные результаты подтвердили возможность применения мультисенсорных систем для инструментальной оценки запаха готовой продукции с целью повышения объективности органо-лептического анализа.
Мультисенсорные системы также могут быть успешно использованы для оценки аромата мясных продуктов при совершенствовании технологий, разработке рецептур с использованием различных видов сырья, ароматизаторов, пряностей и т.д. В качестве примера на рис. 7 и в табл. 4 приведены результаты инструментального и органолептического исследования разработанных во ВНИИМП ветчинных консервов, выработанных из различных видов мясного сырья [2].
В результате проведённых исследований установлено, что площадь «визуального отпечатка» ветчины
Таблица 3. Результаты оценки запаха запеченного мяса органолептическим и инструментальным методами
Метод исследования аромата Результаты оценки
Образец А Образец В
Органолептический метод (средний балл по 9-балльной шкале) 8,70 ± 0,06 5,80 ± 0,05
Инструментальный сенсорный метод (площадь «визуального отпечатка», Эво) (329,5 ± 0,5) • 107 (193,0 ± 0,3) • 107
Таблица 4. Результаты оценки запаха ветчинных консервов органолептическим и инструментальным методами
Результаты оценки
Ветчина «Рубленая» Ветчина «Любительская»
Органолептический метод (средний балл по 5-бальной шкале) 5,0 ± 0,04 4,8 ± 0,03
Инструментальный сенсорный метод (площадь «визуального отпечатка», Эво) (263,3 ± 0,4) • 107 (86,2 ± 0,3) • 107
«Рубленая» из свинины больше «визуального отпечатка» ветчины «Любительская» из говядины, что согласуется с данными органолептического анализа и характеризует более насыщенный аромат готовой продукции.
* * *
Полученные результаты органолептического и инструментального исследования мяса подтвердили перспективность использования мультисенсорных систем для анализа качества продукции мясной промышленности, в том числе для оценки:
- свежести мясного сырья;
- идентификации охлаждённого и размороженного
мяса;
- запаха и аромата мяса и мясопродуктов.
В отличие от других аналитических методов оценки запаха мясных продуктов преимуществами мультисенсорного анализа являются отсутствие сложной подготовки проб, затрат на приобретение химических реактивов и скорость проведения анализа. В связи с этим метод может быть использован в качестве экспресс-анализа в работе производственных лабораторий.
Перспективным направлением в разработке инструментальных методов оценки запаха и аромата, основанных на качественном и количественном ана-
Ветчина"Рубленая" Ветчина "Любительская"
М2
МЗ
Рис. 7. «Визуальные отпечатки» мультисенсорного анализа консервов ветчинных, выработанных из свинины (ветчина «Рубленая») и говядины (ветчина «Любительская»)
лизе летучих компонентов, может быть так же применение мультисенсорного анализа с целью:
- идентификации посторонних запахов мяса, в том числе «запах хряка»;
- фальсификации мясного сырья;
- оценки запаха и аромата готовой продукции, вкусо-ароматических добавок и пряностей;
- изучения стабильности аромата продукта в процессе хранения.
На ряду с другими аналитическими методами исследования мультисенсорный анализ найдёт своё достойное применение для изучения влияния режимов технологических процессов на формирование орга-нолептических показателей качества продукции мясной промышленности.
Контакты:
Чернуха Ирина Михайловна Кузнецова Татьяна Георгиевна Селиванова Екатерина Борисовна Марсакова Елена Игоревна Тел. раб.: (495) 676-99-91
Литература
1. Анисимкин В.И., Верона Э., Земляков В.Е., Крышталь Р.Г., Медведь А.В., 1998. Интегральная решетка датчиков для анализа многокомпонентных газовых смесей. Письма в ЖТФ, том 24, № 16.
2. Чернуха И.М., Сметанина Л.Б., Захаров А.Н., Анисимова И.Г., Воробьева О.В., 2008. Современные аспекты технологий ветчинных консервов. 11-я Международная научно-практическая конференция памяти В.М Горбатова. Сборник докладов.
3. Balasubramanian S., Panigrahi S., Logue C., Gu H., Marchello M. / Neural networks-integrated metal oxide-based artificial olfactory system for meat spoilage identification / Journal of Food Engineering / 2009, 3.
4. Boothe P., Arnold J. / Electronic nose analysis of volatile compounds from poultry meat samples, fresh and after refrigerated storage / Journal of the sciense of food and agriculture / 2002, 82(3).
5. Deisingh A.K.; Stone D.C.; Thompson M. / Applications of electronic noses and tongues in food analysis / International Journal of Food Science & Technology/ 2004, 6.
M1
