PRODUCTIVE METHOD FOR EVALUATING MEAT QUALITY

Алейников А.Ф.

Профессор, доктор технических наук, Сибирский физико-технический институт аграрных проблем, Новосибирский государственный технический университет

Работа выполнена при поддержке РФФИ грант №12-08-00396-а и СО РАН (междисциплинарные интеграционные проекты М51 и К41)

РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА МЯСА

Аннотация

Проведён сравнительный анализ электрических методов определения качества мясного сырья со свойствами NOR, PSE и DFD с точки зрения достоверности анализа и возможности технической реализации быстродействующего портативного прибора. Показаны преимущества и недостатки этих методов. Научно обоснован новый метод импедансной спектроскопии. Отработка метода проводились на экспериментальной установке.

Ключевые слова: метод, мясо, качество, импеданс, идентификация

Aleinikov A.F.

Professor, Doctor of Technical Sciences, Siberian Physical-Technical Institute of Agrarian Problems, Novosibirsk State Technical University

PRODUCTIVE METHOD FOR EVALUATING MEAT QUALITY

Abstract

Comparative analysis of methods for determining electric meat quality according to NOR, PSE and DFD indices has been carried out from the viewpoint of reliability of analysis and feasibility of a portable device. Advantages and disadvantages of these methods have been revealed. The new impedance spectroscopy method has been scientifically proved. The researches were conducted on experimental electric parameters.

Keyword: method, meat, quality, impedance, classification

Контроль качества мяса и мясного сырья является одной из первоочередных задач, так как от объективности оценки свежести сырья зависит качество выдаваемой потребителю продукции, в целом, и её себестоимость.

Существующие методы оценки качества мясного сырья трудоемки, требуют применения дорогостоящего оборудования. Время проведения оценки длительное и не позволяет использовать традиционные методы для отбраковки покупателем поставляемого мясного сырья [1].

Анализ методов определения качества мяса и мясного сырья показал, что наиболее простыми  и эффективными  являются методы, основанные на измерении электрических свойств животной ткани [2].

Из электрических методов оценки качества мяса широко распространен кондуктометрический метод. Кондуктометрический метод обладает высокой чувствительностью и малой трудоёмкостью. Его недостаток, заключающийся в поляризации электродов при измерении сопротивления образца мяса, ограничивает его применение. Влияние структуры и химического состава анализируемого образца на результаты определения показателей качества, а также зависимость выходного сигнала от плотности, температуры и влажности мяса вызывают обоснованные сомнения в целесообразности разработки на основе этого метода достоверного анализатора качества продуктов.

«Импедансная спектроскопия» основана на пропускании через исследуемый образец мяса слабых переменных токов различной частоты и измерении электропроводности образца [2]. В дальнейшем определяют зависимости его полного электрического сопротивления (импеданса) от частоты тока, по которым судят о качестве продукта. Преимуществом этого метода является универсальность в определении разнообразных показателей качества мяса (содержание влаги, жира и др.). С помощью этого метода возможно определение степени свежести различных мясных продуктов из говядины, телятины, свинины, курятины и длительность хранения мясных продуктов [3,4]. К недостаткам этого метода следует отнести большой объём операций при построении графиков зависимостей сопротивления на различных частотах и сложность их анализа при проведении классификации мяса по признакам качества. Действительно, для конкретного вида мяса необходимо построить не менее 100 графиков (требуемое число выборки) исследуемых трёх образцов с признаками NOR (нормальное), PSE (бледное, мягкое, водянистое) и DFD (тёмное, жёсткое, сухое) [5], а в дальнейшем корректно применить методы математической статистики (корреляционный, ковариационный, регрессионный и др.) и осуществить классификацию мяса по трём признакам. Кроме того, результат оценки свежести мяса зависит от расположения его волокон в исследуемом образце.

Цель исследований – создание производительного метода определения качества мяса и мясного сырья, пригодного для быстрой идентификации исследуемого образца мяса по его признакам.

Процедура оценки качества мяса основана на  ранее разработанном  нами методом импедансной спектроскопии [5]. В этом методе определялись функциональные зависимости импеданса z мяса от частоты f во всём  диапазоне частот для образцов мяса с признаками NOR (нормальное), PSE (бледное, мягкое, водянистое) и DFD (тёмное, жёсткое, сухое). Затем из полученных зависимостей выбирали несколько первых f_1i и  f_2i вторых частот и измеряли полное электрическое сопротивления (импедансы) образцов на всех этих частотах. Классификация по признакам качества осуществлялась путём анализа множества отношений значений импеданса  – безразмерных коэффициентов .

В разработке предлагаемого метода выбор первой и второй фиксированных частот измерения осуществляют путём определения общих интервалов функциональных зависимостей с выраженными динамическими изменениями импеданса (они  характеризуют течение реакций с нарушением окислительно-востановительных процессов). При этом первую частоту выбирали из диапазона, отражающего процесс разрушения клеточных мембран и развитие окислительных процессов, ускоряющих дальнейшую деградацию клеточных культур. Эта деградация проявляет себя в гармоническом колебании значений импеданса исследуемого образца с нарастающей амплитудой в зависимости от частоты. Вторую частоту выбирали из диапазона, характеризующего интенсивность гликолитических превращений в процессе автолиза мышечной ткани, которая также проявляется в динамике изменения значений импеданса исследуемого образца в зависимости от частоты.

Образцы для исследований отбирали в соответствии с ГОСТ 7269–79 «Мясо. Методы отбора образцов и органолептические методы определения свежести». Мясо отбирались из туш говядины и свинины. У приготовленных образцов определялась рН по ГОСТ Р 51478–99 «Мясо и мясные продукты метод определения концентрации водородных ионов (рН)» с помощью цифрового рН-метра «Анион». В мясе с признаками PSE концентрация водородных ионов лежала в пределах рН=5,0÷5,5; с признаками DFD – рН=6,6÷7,0; с признаками NOR – рН=6,0÷7,2. Образцы мяса для исследований приготавливали как с поперечной, так и с продольной ориентацией волокон. При проведении исследований использовалась экспериментальная исследовательская установка [6].

Основным измерительным прибором установки является измеритель иммитанса МНИПИ Е7-20-1, позволяющий измерять сопротивление, ёмкость, индуктивность и другие электрические параметры по четырехточечной мостовой схеме на частотах 25 Гц – 1МГц. Прибор предназначен для измерения параметров объектов, представляемых параллельной или последовательной двухэлементной схемой замещения, при синусоидальном напряжении. Была изготовлена специальная кювета для образцов мяса, в который вкалывали токовые и потенциальные электроды. На токовые электроды подавался синусоидальный сигнал выбранной частоты с измерителя иммитанса, а с потенциальных электродов снимался выходной сигнал, несущий информацию о значение импеданса образца мяса.

Полученные функциональные зависимости импеданса для признаков NOR, PSE и DFD были подвергнуты анализу с целью выявления интервалов зависимостей, не удовлетворяющих условиям монотонности функции с выраженными динамическими изменениями импеданса, характеризующими течение реакций в образцах с нарушенным автолизом. На всём диапазоне частот от 1 кГц до 1 МГц были выявлены два интервала, удовлетворяющим поставленным условиям. Первый интервал частот охватывает диапазон частот от 27 до 32 кГц для мяса со свойствами PSE (рис. 1).

Рис. 1 – зависимость импеданса образца мяса со свойствами PSE и продольным расположением волокон от частоты тока

 

Колебания проводимости образца в этом диапазоне частот характеризуют нарушение окислительно-востановительных процессов мяса с признаком PSE, связанное ещё и с патологией животного. Эти колебания  обусловлены процессами деградации тканей исследуемого образца, при которых размеры межклеточных пространств обычно уменьшаются, и сопротивление их току заряженных частиц существенно возрастает [9].

Действительно, известно, что в мясе PSE очень быстро происходит разрушение клеточных мембран. А это вызывает развитие окислительных процессов в липидах, которые лавинообразно ускоряют дальнейшую деградацию клеточных структур [1].

В мясе же со свойствами NOR таких изменений не происходит, и течение автолиза носит классический характер (рис. 2).

Рис. 2 – зависимость импеданса образца мяса со свойствами NOR и продольным расположением волокон от частоты тока

 

Окислительные процессы малой интенсивности отмечаются и в мясе DFD (рис. 3), но из-за высоких значений его рН и водосвязывающей способности, лавинообразной деградации клеточных структур не происходит.

Рис. 3 – зависимость импеданса образца мяса со свойствами DFD и продольным расположением волокон от частоты тока

 

Зависимость импеданса со свойствами DFD имеет ярко выраженную выпуклостью в направлении увеличения импеданса. Наблюдаемое увеличение проводимости на этом интервале частот связано с распадом аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и гликогена. Действительно, особенности процессов автолиза в мясе PSE и DFD рассматривают на основе представлений о скорости гликолиза и характера протеолиза в мышечной ткани на клеточном уровне.

Второй интервал частот f_2i охватывает диапазон частот от 115 до 118 кГц для мяса со свойствами PSE (рис. 4).

Рис. 4 – зависимость импеданса образца мяса со свойствами PSE и  поперечным расположением волокон от частоты тока

 

Во многих случаях в мясе с признаками PSE процесс распада гликогена и расщепления АТФ происходит очень быстро, когда резко возрастёт содержание молочной кислоты (через час после убоя). Именно ускоренный гликолиз в тканях животных после убоя делает мясо экссудативным и бледным.

Так как в процессе этой реакции расходуется часть иммобилизованной воды в образце мяса, электропроводность несколько повышается, что и отражает выпуклость зависимости и размер между точкой перегиба выпуклости и наклонной асимптоты зависимости, представленной на рисунке 5.

В мясе со свойствами NOR, как и в PSE-мясе, имеется достаточное количество гликогена, но процесс автолиза в нём идёт классическим путём – распад гликогена, протекающий путем «фосфоролиза», замедляется в течение нескольких суток за счёт накопления молочной кислоты, и зависимость, приведённая на рис. 5, носит монотонно убывающий характер. Объясняется это тем, что в мясе со свойствами DFD имеется незначительное количество гликогена после убоя, основные запасы гликогена израсходованы до убоя, образования молочной кислоты не происходит, рН мяса остаётся на одном уровне в течение несколько суток, и поэтому мясо приобретает плотную консистенцию и тёмный цвет [1].

Рис. 5 – зависимость импеданса образца мяса со свойствами NOR и  поперечным расположением волокон от частоты

 

Проведенные с помощью разработанного метода исследования различных видов мяса и мясного сырья показали, что критерии классификации мяса с признаком NOR (на любых произвольно выбранных двух частотах в диапазоне обоснованных интервалов) имеют значения ; у мяса с признаком DFD – значения ; у мяса с признаком PSE – значения .

Таким образом, предлагаемый метод позволяет оценить качество и классифицировать говядину по группам NOR, PSE и DFD, обеспечить достоверность полученных результатов, снизить трудоёмкость процедуры оценки и создать компактный неэнергоёмкий прибор для оценки качества мяса и мясных продуктов.

Список литературы / References

1. Лисицын А.Б., Липатов Н.Н., Кудряшов Л.С. и др. Теория и практика переработки мяса / под общ. ред. А.Б. Лисицына. – 2-е изд. – М.: Эдиториал сервис, 2008. – 308 с.
2. Алейников А.Ф., Пальчикова И.Г., Чугуй Ю.В. Обоснование экспресс-метода оценки свежести мясного сырья // Сиб. вест. с.-х. науки. – 2012. – №5. – С. 83-90.
3. Алейников А.Ф., Пальчикова И.Г., Гляненко В.С., Чугуй Ю.В. Экспресс-метод оценки качества мяса // Сиб. вест. с.-х. науки. – 2013. – № 6. – С. 71-79.
4. Оценка качества говяжьего фарша / А. Ф. Алейников, И. Г. Пальчикова, В. С. Гляненко, Ю. В. Чугуй // Сиб. вест. с.-х. науки. – 2014. – № 1. – С. 115-118.
5. Алейников А.Ф., Гляненко В.С., Пальчикова И.Г., Чугуй Ю.В. Оценка степени свежести мяса методом импедансной спектроскопии // Сиб. научн. вест. – 2012. – № 16. – С. 299-303.
6. Установки для оценки степени свежести мяса / А. Ф. Алейников, И.Г. Пальчикова, Ю.В. Обидин, Е.С. Смирнов, В.С. Гляненко, Ю.В. Чугуй, А.Н Швыдков // Достижения науки и техники АПК. – 2013. – 4. – С. 74-77.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Lisicyn A.B., Lipatov N. N., Kudrjashov L.S. i dr. Teorija i praktika pererabotki mjasa / pod obshh. red. A.B. Lisicyna. – 2-e izd. – M.: Jeditorial servis, 2008. – 308 s.
2. Alejnikov A.F., Pal'chikova I.G., Chuguj Ju.V. Obosnovanie jekspress-metoda ocenki svezhesti mjasnogo syr'ja // Sib. vest. s.-h. nauki. – 2012. – №5. – S. 83-90.
3. Alejnikov A.F., Pal'chikova I.G., Gljanenko V.S., Chuguj Ju.V. Jekspress-metod ocenki kachestva mjasa // Sib. vest. s.-h. nauki. – 2013. – № 6. – S. 71-79.
4. Ocenka kachestva govjazh'ego farsha / A. F. Alejnikov, I. G. Pal'chikova, V. S. Gljanenko, Ju. V. Chuguj // Sib. vest. s.-h. nauki. – 2014. – № 1. – S. 115-118.
5. Alejnikov A.F., Gljanenko V.S., Pal'chikova I.G., Chuguj Ju.V. Ocenka stepeni svezhesti mjasa metodom impedansnoj spektroskopii // Sib. nauchn. vest. – 2012. – № 16. – S. 299-303.
6. Ustanovki dlja ocenki stepeni svezhesti mjasa / A. F. Alejnikov, I.G. Pal'chikova, Ju.V. Obidin, E.S. Smirnov, V.S. Gljanenko, Ju.V. Chuguj, A.N Shvydkov // Dostizhenija nauki i tehniki APK. – 2013. – 4. – S. 74-77.