Наукове обґрунтування технологій склеєних кишкових оболонок та смажених ковбас з їх використанням: дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук : 05.18.16 – Технологія харчової продукції

Abstract

Дисертацію присвячено науковому обґрунтуванню технологій склеєних кишкових оболонок, армованих локальною тепловою коагуляцією, локальним дубленням, інтегральним дубленням і пластифікованих, та смажених ковбас, що містять фарш, різний за дисперсністю та вологовмістом, з їх використанням. На підставі результатів теоретичного аналізу науково-практичної літератури встановлено, що одним зі шляхів підвищення ресурсозбереження і зниження імпортозалежості є раціональне використання тваринної сировини, зокрема виготовлення склеєних кишкових оболонок для м’ясної промисловості і ресторанного господарства. При цьому проблема забезпечення міцного та стабільного зчеплення в технології склеєних кишок залишається невирішеною. На основі теоретичних та експериментальних досліджень сформульовано та доведено наукову концепцію, яка полягає в реалізації у технології склеєних кишкових оболонок локальної або інтегральної модифікації їх механічних властивостей шляхом теплової коагуляції, дублення, пластифікації та утворення армуючого шва, що зберігає ресурс натуральних оболонок та значно покращує їх функціонально-технологічні властивості при виробництві асортименту смажених ковбас та забезпечує економічну ефективність завдяки збільшенню виходу готової продукції. Теоретичним моделюванням структурно-механічних та фізико-хімічних властивостей кишкової оболонки встановлені основні чинники, що сприятимуть покращенню функціонально-технологічних властивостей склеєних кишкових оболонок у технології смажених ковбас. Визначено, що величина коефіцієнту Пуассона, поряд з модулем пружності, характеризує пружні властивості кишкової оболонки та являє собою важливий технологічний чинник. Визначено закономірності змін хімічного складу паро-, водопроникності, ароматопроникності, жиропроникності, міцності та відносного подовження, товщини яловичих, свинячих та баранячих кишок залежно від їх анатомічно-виробничих найменувань. Встановлено, що зменшення максимальної водопоглинальної здатності кишкових плівок, оброблених рослинним дубителем таніном харчовим і підданих тепловій коагуляції, є закономірною ознакою необоротності цих процесів, сприяє утворенню армуючих швів й призводить до забезпечення міцності когезійного шва склеєної кишкової оболонки. Встановлено, що температура, за якої відбувається утворення армуючого теплокоагуляційного шва та час її дії є такими, що впливають на міцність шва; визначено раціональні режими формування локального теплокоагуляційного армуючого шва у технології склеєних кишкових оболонок, що забезпечує їх достатню міцність. Визначено, що хімізм формування армуючого шва дубленням відбувається у два етапи: витримування склеєних кишкових оболонок у водних розчинах таніну, на якому відбувається дифузія танінової кислоти у волокна, епітелій, капіляри; взаємодія танінової кислоти з утворенням зв’язків між її водневими зв’язками та пептидними групами молекул колагену; визначено, що на відміну від локального армуючого шва, інтегральний потребує пластифікації, що підвищує його пружно -еластичні властивості. Визначено закономірності змін водопоглинання, гігроскопічності, пористості, відновлюваності, міцності, пружно-еластичних властивостей армованої кишкової сировини в результаті технологічної обробки залежно від тривалості та температури теплової коагуляції, концентрації таніну в дубильному розчині та тривалості дублення, концентрації гліцерину у водному розчині та тривалості пластифікації. Виходячи з результатів мікроскопічного дослідження, показано, що склеювання кишкових оболонок з армуванням локальною тепловою коагуляцією або дубленням дає мікроскопічну картину, яку при порівнянні з контрольним зразком можна оцінити, як більш міцне з’єднання. Пластифікація склеєних оболонок після дублення не порушує якість їх з’єднання, проте, дрібні щілини в товщі їх шарів стають ширше. Дослідженнями гігроскопічних властивостей визначено умови та термін зберігання склеєних кишкових ковбасних оболонок. Науково обґрунтовано параметри і режими технологій склеєних кишкових ковбасних оболонок, армованих локальною тепловою коагуляцією, локальним та інтегральним дубленням з пластифікацією, що забезпечують достатню міцність склеєних кишкових оболонок у технології ковбас, які містять фарш, різний за дисперсністю та вологовмістом. Науково обґрунтовано параметри і режими технологій смажених ковбас з використанням армованих склеєних кишкових оболонок, що містять фарш, різний за дисперсністю та вологовмістом. Визначено закономірності та механізми змін кількісних технологічних (виходи готової продукції та збірного жиру) та якісних (структурно -механічних, фізико-хімічних та органолептичних) характеристик смажених ковбас залежно від використаних армованих склеєних кишкових оболонок. Кінетикою втрати маси смажених ковбас у армованих склеєних кишкових оболонках встановлено, що вона протікає повільніше порівняно із використаннях фабрикатів свинячих черев, що відбувається внаслідок часткового перекриття крайових ділянок, локальної теплової коагуляції, локального та інтегрального дублення з пластифікацією, та призводить до збереження вологовмісту, збільшення виходу та покращення якості готової продукції. Набули подальшого розвитку та узагальнення: методологія оцінювання захисних властивостей і безпечності натуральних ковбасних оболонок; комплекс даних про хімічний склад кишок залежно від їх видів, анатомічно-виробничих найменувань та ступеня обробки; мікробіологічні критерії та показники безпечності натуральних ковбасних оболонок; захисні властивості (паро-, водопронікність, ароматопроникність, жиропроникність, міцність та еластичність, товщина) фабрикатів кишок великої рогатої худоби, дрібної рогатої худоби, свиней залежно від видової належності й анатомічно-виробничих ознак; дані про якість, захисні властивості і безпечність склеєних кишкових ковбасних оболонок. На підставі результатів проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблено технології склеєних кишкових ковбасних оболонок, що дозволяють зменшити ступінь оборотності процесу їх склеювання-розшарування та збільшити міцність зв’язку між шарами плівок: формуванням локального армуючого шва з використанням теплової коагуляції; формуванням локального армуючого шва з використанням дублення таніном; формуванням міцності зв’язку шарів з використанням інтегрального дублення таніном та пластифікації гліцерином. Доведено питому періодичність армування локальними швами склеєних кишкових ковбасних оболонок. Результати визначення якості і безпечності сухих склеєних ковбасних оболонок зі свинячих черев довели їх ефективність з точки зору ресурсозбереження та безпечність використання у технології смажених ковбас. Запропоновано шляхи використання розроблених армованих склеєних кишкових оболонок у технологіях смажених ковбас, що містять фарш, різний за дисперсністю та вологовмістом, в умовах ресторанного господарства та м’ясопереробних підприємств, та надано рекомендації з їх теплової обробки на різних видах технологічного устаткування (поверхнях, у пароконвектоматах, вугільних грилях). Розроблено заходи з удосконалення та пристосування відомих методів дослідження штучних оболонок та пакувальних матеріалів (паро-, водопроникності, ароматопроникності, жиропроникності, міцності та еластичності) для натуральних плівок. Розроблено експериментальні установки: для теплової коагуляції зразків кишкових оболонок; для дослідження міцності шва, отриманого внаслідок теплової коагуляції зразків кишкових оболонок; для дослідження пружно-пластичних властивостей досліджуваних зразків кишкових плівок; для зшивання кишкових оболонок шляхом теплової коагуляції вихідної сировини; для армування склеєних ковбасних оболонок способами локального дублення та локальної теплової коагуляції. Отримані довідково-практичні значення якісних та кількісних характеристик технології смажених ковбас з використанням склеєних кишкових ковбасних оболонок, армованих запропонованими способами. На запропоновані техніко-технологічні рішення одержано патенти України на корисну модель: №54388 «Спосіб визначення ароматопроникності натуральних ковбасних оболонок»; №79781 «Спосіб визначення міцності та подовження натуральних ковбасних оболонок»; №118522 «Спосіб визначення міцності зв’язку між шарами склеєних кишкових плівок»; №136280 «Спосіб виробництва сухих склеєних оболонок зі свинячих черев». Розроблено і затверджено (на рівні власника) нормативну і технологічну документацію: ТУ У 15.1–01566330–337:2021 «Оболонки ковбасні кишкові склеєні», технологічну інструкцію з виготовлення оболонок ковбасних кишкових склеєних до ТУ У 15.1–01566330–337–2021, технологічні карти на смажені ковбаси у склеєних кишкових оболонках. Ефективність впровадження наукових досліджень дисертації оцінено з урахуванням технологічного, екологічного та економічного ефектів. Результати розрахунків засвідчили доцільність впровадження розроблених технологій склеєних кишкових оболонок у практику діяльності харчових виробництв і ресторанного господарства. Технологічний ефект впровадження запропонованих технологій виробництва склеєних кишкових оболонок підтверджено зростанням виходу готової продукції. Впровадження розробленої технології сприятиме імпортозаміщенню сировини для виготовлення оболонок., зменшення витрат основної сировини. Екологічний ефект полягає у скороченні відходів сировини на одиницю готової продукції. Економічна ефективність упровадження розробленої технології у практику діяльності підприємств ресторанного господарства забезпечується зменшенням кількості кишок, що використовують для виготовлення оболонок, а також зменшенням обсягу основної сировини під час виготовлення смажених ковбас. Одержані результати досліджень упроваджені у виробництво та освітній процес

The dissertation is devoted to the scientific substantiation of the technology of glued intestinal casings reinforced by a local thermal coagulation, local tanning, integral tanning of both plasticized and fried sausages containing minced meat, differing in dispersion and moisture content, with their use. Based on the results of theoretical analysis of scientific and practical literature, it is found that one of the ways for the increase of resource conservation and reduction of import dependence is the rational use of animal raw materials, in particular, the manufacture of glued intestinal casings for meat industry and restaurants. At the same time, the problem of ensuring a strong and stable adhesion in the technology of glued intestines remains unsolved. Based on theoretical and experimental research the scientific concept which consists in realization in technology of the glued intestinal covers of local or integral modification of their mechanical properties by thermal coagulation, tanning, plasticization and formation of the reinforcing seam which preserves a resource of natural covers and considerably improves their functional-technological properties during the production of a range of fried sausages and provides economic efficiency by increasing the yield of finished products. Theoretical modeling of structural-mechanical, physical and chemical properties of the intestinal casings has identified the main factors that will improve functional and technological properties of glued intestinal casings in the technology of fried sausages. It is determined that the value of the Poisson's ratio , along with the modulus of elasticity, characterizes elastic properties of the intestinal membrane and is an important technological factor. The regularities of changes in the chemical composition of vapor, water permeability, aroma permeability, fat permeability, strength and relative elongation, thickness of beef, pork and mutton intestines depending on their anatomical and production names are determined. It is established that the reduction of the maximum water absorption capacity of intestinal films treated with vegetable tannin food tannins and subjected to thermal coagulation is a natural sign of irreversibility of these processes, promotes the formation of reinforcing seams and leads to cohesive seam strength of the glued intestinal casing. It is found that the temperature at which the formation of the reinforcing thermocoagulation seam and the time of its action affect the strength of the seam. Rational modes for the formation of the local thermocoagulation reinforcing seam in the technology of glued intestinal casings are determined that provides their sufficient strength. It is determined that chemistry of the formation of the reinforcing seam by tanning occurs in two stages: keeping the glued intestinal casings in aqueous solutions of tannin, which is the diffusion of tannic acid into fibers, epithelium, capillaries; the interaction of tannic acid with the formation of bonds between its hydrogen bonds and peptide groups of collagen molecules. It is determined that, in contrast to the local reinforcing seam, the integral one requires plasticization, which increases its elastic properties. The regularities of changes in water absorption, hygroscopicity, porosity, recoverability, strength, elastic properties of reinforced intestinal raw materials as a result of technological processing depending on the duration and temperature of thermal coagulation, glycerin concentration in aqueous solution and duration of plasticization are determined. Based on the results of microscopic examination, it is shown that the agglutination of intestinal membranes with reinforcement by local thermal coagulation or tanning provides a microscopic picture, which in comparison with the control sample can be assessed as a stronger connection. Plasticization of glued casings after tanning does not violate quality of their connection, however, small cracks in the thickness of their layers become wider. Research of hygroscopic properties have determined the conditions and shelf life of glued intestinal sausage casings. The parameters and modes of technologies of glued intestinal sausage casings, reinforced by local thermal coagulation, local and integral tanning with plasticization, which provide sufficient strength of glued intestinal casings in the technology of sausages containing minced meat, different in dispersion and moisture, are scientifically substantiated. The parameters and modes of fried sausages technology with the use of reinforced glued intestinal casings containing minced meat, different in dispersion and moisture content are scientifically substantiated. Regularities and mechanisms of changes of quantitative technological (yields of finished products and fat) and qualitative (structural -mechanical, physical, chemical and organoleptic) characteristics of fried sausages depending on the used reinforced glued casings are determined. The kinetics of weight loss of fried sausages in reinforced glued casings showed that it proceeds more slowly compared to the use of pork belly products, which occurs due to partial overlap o f marginal areas, local thermal coagulation, local and integral tanning with plasticization, and leads to the increase and improvement of finished products quality. Methodology for assessing protective properties and safety of natural sausage casings; a set of data concerning chemical composition of the intestines depending on their species, anatomical and production names and the degree of processing; microbiological criteria and safety indicators of natural sausage casings; protective properties (vapor, water permeability, aroma permeability, fat permeability, strength and elasticity, thickness) of gut products of cattle, small cattle, pigs, depending on the species and anatomical and production features; data on the quality, protective properties and safety of glued intestinal sausage casings acquired further development and generalization. Based on the results of theoretical and experimental studies, the technology of glued intestinal sausage casings has been developed, which allow to reduce the degree of reversibility of the process of their gluing-stratification and increase the bond strength between the film layers: formation of local reinforcing seam using thermal coagulation; forming a local reinforcing seam using tannin tanning; formation of bond strength of layers using integrated tannin tanning and glycerin plasticization. The specific frequency of reinforcement by local seams of glued intestinal sausage casings is proved. The results of determining quality and safety of dry glued sausage casings from pork bellies proved their effectiveness in terms of resource saving and safety in the technology of fried sausages. The ways of using the developed reinforced glued intestinal casings in the technology of fried sausages containing minced meat, different in dispersion and moisture content, in restaurant business and meat processing enterprises are offered, and recommendations on their heat treatment on various types of technological equipment (surfaces, in combi oven, charcoal grills) are given. Measures for the improvement and adaptation of the known methods of researching artificial casings and packaging materials (vapor, water permeability, aroma permeability, fat permeability, strength and elasticity) for natural films have been developed. Experimental installations for thermal coagulation of the samples of intestinal casings; for the research of the strength of the seam strength obtained by thermal coagulation of the samples of intestinal casings; for the research of the elastic-plastic properties of the studied samples of intestinal films; for crosslinking of intestinal membranes by thermal coagulation of raw materials; for reinforcement of glued sausage casings by the methods of local tanning and local thermal coagulation have been developed. Reference and practical values of qualitative and quantitative characteristics of the technology of fried sausages with the use of glued intestinal sausage casings reinforced by the proposed methods are obtained. atents of Ukraine for the utility model for the proposed technical and technological solutions: №54388 «Method of determining the aroma permeability of natural sausage casings»; №79781 «Method of determining the strength and elongation of natural sausage casings»; №118522 «Method of determining the bond strength between layers of glued intestinal films»; №136280 «Method of producing dry glued casings from pork bellies» were received. Normative and technological documentation: specifications U 15.1–01566330–337:2021 «Glued sausage casings», technological instruction for the manufacture of gut sausage casings glued to the specifications U 15.1–01566330–337:2021, process charts for fried sausages in glued intestinal casings are developed and approved (at the owner level). Effectiveness of the implementation of the dissertation research is evaluated with the account of the technological, environmental and economic effects. Results of the calculations testified to the expediency of introducing the developed technology of glued intestinal casings into practical activity of food produc tion and restaurant business. Technological effect of the introduction of the proposed technology for the manufacture of glued intestinal casings is confirmed by the increase in the yield of the finished products. Introduction of the developed technology will contribute to the import substitution of raw materials for the manufacture of casings reducing the cost of basic raw materials. The environmental effect is to reduce raw material waste per unit of the finished product. Economic efficiency of the introduction of the developed technology in practical activity of restaurant business is ensured by reducing the number of intestines used for the manufacture of casings, as well as reducing the amount of basic raw materials during the manufacture of fried sausages. The obtained results of the research are introduced into the manufacture and educational process