Literatura dostępna u autora dr inż. Jerzy Wajdzik

Proces kutrowania zapewnia uzyskanie przez wyroby mięsne odpowiednich i pożądanych technologicznie cech jakościowych, do których należy zaliczyć konsystencję, związanie i sprężystość oraz ukształtowanie barwy a także uzyskanie pożądanego smaku i zapachu. Staje się on zabiegiem niezbędnym w produkcji wyrobów drobno rozdrobnionych i konserwowanych.

Podczas złożonego procesu jakim jest kutrowanie zachodzą następujące operacje technologiczne:

  • rozdrobnienie składników surowcowych,
  • ekstrahowanie, pęcznienie i uwalnianie białek mięśniowych,
  • emulgowanie tłuszczu,
  • wyrównanie wszystkich składników układu.

Efektem technologicznym procesu kutrowania jest całkowite związanie wody, zdyspergowanie tłuszczu oraz znaczne rozdrobnienie białek łącznotkankowych. Proces kutrowania prowadzi do uzyskania gęstej, lepkoplastycznej masy określanej farszem wędlinowym. Powstający farsz jest typowym układem polidyspersyjnym, w którym fazę rozpraszającą stanowi wodny roztwór białek mięśniowych i niskocząsteczkowych związków w nim rozpuszczonych. Fazą rozproszoną są natomiast micele nierozpuszczalnego i zawiesinowego białka wraz z jonowo związanymi elektrolitami oraz cząsteczki tłuszczu. Wytworzony farsz jest więc jednocześnie:

  • roztworem rzeczywistym elektrolitów,
  • roztworem koloidalnym białka,
  • emulsją części tłuszczu w roztworze elektrolitów i nierozpuszczalnych białek,
  • zawiesiną dostatecznie rozdrobnionego i zemulgowanego tłuszczu oraz tych białek, których nierozpuszczalność uniemożliwia przejście ich w stan koloidu,
  • mieszaniną elementów histologicznych i ich fragmentów.

Z technologicznego punktu widzenia pożądane jest uzyskanie układu przestrzennego wszystkich składników obu faz tak, aby rozdrobniony tłuszcz został otoczony otoczką białkową a stabilność tego układu gwarantowała jego przetwarzanie w czasie dalszych etapów technologicznych.

Efektywność procesu kutrowania

Na technologiczną efektywność wytwarzania farszów kutrowanych o pożądanych wyróżnikach reologicznych, wpływających w konsekwencji na jakość wyrobów gotowych istotna rolę odgrywają następujące grupy czynników:

  • skład receptury surowcowej farszów, rodzaj i jakość surowca,
  • technologia wytwarzania farszów,
  • technika kutrowania oraz parametry techniczne urządzeń.

Czynniki surowcowe

Białka będące najbardziej istotnym składnikiem surowca mięsnego decydują o właściwościach i jakości wytwarzanych farszów kutrowanych. Rola białek w kształtowaniu właściwości wykurowanego farszu z surowców nie obrobionych termicznie zależy również od jednoczesnej zawartości w nim tłuszczu i wody. Najbardziej istotną rolę w stabilizacji tłuszczu odgrywają białka miofibrylarne, które wykazują doskonałe właściwości emulgacyjne. Są one modyfikowane wtórnie przez wartość pH i zakres zmian poubojowych zachodzących w mięsie.

Białka miofibrylarne ponadto decydują o wodochłonności mięsa. Obecne w surowcu mięsnym białka sarkoplazmatyczne stają się natomiast stabilizatorami wytwarzanej emulsji tłuszczowej, wpływając również na sprężystość układu. W kształtowaniu właściwości kutrowanego i wytworzonego farszu przed jego obróbką cieplną nie odgrywają znaczącej roli skleroproteiny, będące składnikiem surowców ścięgnistych i skórek. Białka te ulegając dopiero termohydrolizie po obróbce cieplnej współdecydują o właściwościach reologicznych kiełbas jako wyrobu gotowego. W zależności od zawartości w nich kolagenu oraz stopnia jego termohydrolizy uplastyczniają wyrób lub zwiększają jego sprężystość.

Tłuszcz wnosi do farszu i wyrobów kutrowanych cechy pożądanej tekstury, smakowitość i soczystość. Pożądany charakter wytworzonej w czasie kutrowania emulsji tłuszczowej jest funkcją chemicznej budowy kwasów tłuszczowych wynikającej z długości tworzącego je łańcucha węglowego i stopnia jego nienasycenia. Tłuszcze o krótkich łańcuchach i o niższym stopniu nienasycenia emulgują się łatwiej i lepiej niż tłuszcze zawierające długie łańcuchy węglowe i wielonienasycone oraz nasycone kwasy tłuszczowe. Wzrost w tłuszczu kwasów nasyconych (tłuszcz twardy) nadaje wyrobom właściwości ciała sprężystego. Soczystość wyrobu kutrowanego zależy natomiast od równomierności rozprowadzonego tłuszczu, co jest związane z otwarciem struktur tkanki tłuszczowej w procesie rozdrobnienia. W stabilizacji układu przestrzennego komórek tłuszczowych ważną rolę odgrywają skleroproteinowe białka ich błon i włókien międzykomórkowych a także koagulujące białka plazmatyczne komórek tłuszczowych. Układ ten utrwalają także rozpuszczalne i koagulujące w czasie obróbki cieplnej białka sarkoplazmatyczne. Wzrost dodatku surowca tłuszczowego w składzie recepturowym farszu powoduje obniżenie jego twardości i wielkości siły cięcia. Związanie farszu zwiększa się do poziomu dodatku tłuszczu wynoszącego 22% a po przekroczeniu granicy 30% znacznie maleje. Natomiast dodatek tłuszczu odwrotnie proporcjonalnie wpływa na czas kutrowania. Tłuszcz jako surowiec bardziej plastyczny od tkanki mięśniowej ma bowiem mniejszą oporność mechaniczną i stąd wymaga krótszego czasu rozdrobnienia do cząstek, których wielkość gwarantuje uzyskanie wysokiej jakości wytwarzanej emulsji. Duże znaczenie w tworzeniu struktury farszu ma woda technologiczna, która go nawadnia i rozpuszcza oraz napęcznia uwolnione z włókien mięśniowych białka. W praktyce umożliwia to wytworzenie stabilnego farszu kutrowanego. Dodana woda ułatwia również termohydrolizę skleroprotein i podnosi soczystość oraz pożądany smak kiełbas kutrowanych. Stąd niedobór wody w farszu wywołuje jego niedokutrowanie ale z drugiej strony jej nadmiar powoduje niekorzystny spadek kohezji. Nadmierny wzrost dodatku wody do farszu zmniejsza ponadto jego lepkość, zwiększa ilość wody wolnej i zwiększa późniejszy wyciek cieplny. W wyrobach gotowych pogarsza to ich teksturę.

Czynniki związane z technologią kutrowania

Z czynników technologicznych decydujących o efektywności kutrowania należy wymienić:

  • dodatki funkcjonalne,
  • czas kutrowania,
  • stopień wstępnego rozdrobnienia surowca i końcowego farszu,
  • temperatury surowców oraz wytwarzanego farszu.

Duży wpływ na ilość wchłoniętej i związanej wody przez farsz oraz na stabilność wytworzonej emulsji ma temperatura. Jej niekontrolowany wzrost powoduje lokalną denaturację białek, co pogarsza wodochłonność układu. Przekroczenie dopuszczalnej technologicznie temperatury kutrowanego farszu (optimum 14-18°C) powyżej 20°C powoduje również upłynnianie tłuszczu, który utrudnia lub uniemożliwia wiązanie wody przez białka. Mimo, że najbardziej skuteczne działanie białek mięśniowych i wiązanie przez nie wody zachodzi w temperaturze 0- 4°C, nie jest ona możliwa do utrzymania ze względu na konieczność skutecznego rozdrabniania składników surowcowych. Ponadto cząsteczki tłuszczu są rozmieszczane w wytwarzanej emulsji dopiero przy temperaturze wyższej niż 8°C. Racjonalną metodą ograniczającą przegrzewanie się farszu jest zwiększenie wstępnego stopnia rozdrobnienia surowców w wilku przez siatki o średnicy oczek 2-3mm lub wilku nadziewającym zapewniającym rozdrobnienie 0,6-0,8mm, w którym następuje tylko niewielki przyrost temperatury rozdrabnianego surowca.

W czasie procesu kutrowania w celu zaktywowania białek mięśniowych wprowadza się różne substancje wspomagające, które działają przede wszystkim na białka miofibrylarne. Powszechnie stosowanym dodatkiem oddziałującym na te białka jest chlorek sodu, który może być dodawany bezpośrednio w czasie kutrowania lub jako komponent mieszanki peklującej stosowany w czasie odrębnej fazy peklowania surowca mięsnego. Z obecnością w farszu soli związana jest zdolność wiązania i utrzymywania przez białka mięśniowe wody a więc ich pęcznienie oraz właściwości emulgacyjne. Chlorek sodu pośrednio wpływa na peklownicze reakcje barwotwórcze przebiegające przy wartości pH < 7,0 a polegające na nitrozowaniu barwników hemowych przy
udziale środków peklujących.

Bardzo istotnymi dodatkami wspomagającymi proces kutrowania są ponadto sole fosforowane oraz cytryniany, które podwyższają wartości pH surowca mięsnego. Fosforany działając specyficznie na białka mięśniowe poprzez spowodowanie ich pęcznienia i otwierania struktury, co powoduje wzrost wiązania przez nie wody. Równocześnie współdziałając w procesie emulgowania tłuszczu wpływają pozytywnie na wytworzenie stabilnej emulsji. Natomiast sól sodowa kwasu cytrynowego wpływa na zdolność pęcznienia białek mięśniowych polepszając ich rozpuszczalność, szczególnie w środowisku NaCl. W przeciwieństwie do fosforanów nie otwiera jednak struktury białek. Ilość dodatków zwiększających wartość pH poprzez alkalizowanie farszu powinna być na poziomie gwarantującym uzyskanie przez niego wartości pH nie przekraczającej poziomu 6,3 co eliminuje ewentualne negatywne przebarwienia farszu będące rezultatem ograniczonego tworzenia się nitrozylomioglobiny (Mb•NO) w środowisku o takiej wartości pH. Procesowi wytworzenia się barwy peklowanej sprzyja dodatek przeciwutleniaczy, do których należą kwasy askorbinowe i ich sole sodowe. Związki te ponadto ograniczają tworzenie się szkodliwych dla zdrowia nitrozoamin.

W celu wspomagania działania białek mięśniowych w procesie wytwarzania farszu kutrowanego można stosować również dodatek białek niemięśniowych. Przydatność mają przede wszystkim białka sojowe, białka z mleka, białka kolagenowe oraz plazma krwi. Białka sojowe dobrze wiążą wodę i emulgują tłuszcz. Tworząc matrycę białkową, która otacza wolny tłuszcz oddziałują wspomagająco w tym zakresie na białka mięśniowe. Białka kolagenowe, poza stabilizowaniem farszu i poprawą jego struktury w kierunku bardziej zwięzłej, absorbują wodę oraz tłuszcz, polepszają smak, aromat i barwę farszu. Plazma krwi i białka mleka są najbardziej przydatne w procesie kutrowania ze względu na swoje właściwości emulgacyjne.

Dla stabilizowania mechanicznego i cieplnego emulsji wykorzystuje się błonniki pokarmowe, które w czasie kutrowania wysycają się kapilarnie fazą płynną farszu. W ten sposób ograniczają ubytki w czasie późniejszej obróbki cieplnej oraz wpływają na konsystencję i soczystość wyrobów gotowych.

Technika kutrowania i parametry techniczne urządzeń

Czynniki techniczne związane z parametrami technicznymi urządzeń do kutrowania oraz techniki prowadzenia tego procesu podlegają systematycznym modyfikacjom. Postęp techniczny w zakresie urządzeń do kutrowania oraz rozwój techniki prowadzenia procesu ukierunkowany jest zawsze na uzyskanie farszów kutrowanych o najlepszej jakości. Farsze takie powinny charakteryzować się wysoką lepkością, małą zawartością wody wolnej oraz dobrym rozdrobnieniem, co w rezultacie prowadzi do wyprodukowania kiełbas o pożądanych cechach jakościowych przy zminimalizowanych ubytkach cieplnych. Z tego względu technika wytwarzania farszów oraz parametry techniczne urządzeń do kutrowania nalezą do czynników podlegających ciągłym ulepszającym zmianom i optymalizowaniu. W praktyce prowadzi to do nowych rozwiązań w zakresie konstrukcji urządzeń do kutrowania oraz do rozwoju nowoczesnych technik wytwarzania farszów kutrowanych. Dotychczasowe zmiany nowatorskie w zakresie kutrowania doprowadziły do powszechnego stosowania podciśnienia (próżnia) w czasie wytwarzania farszu kutrowanego. Techniką powszechnie stosowaną stało się również wykorzystywanie kutrów misowych charakteryzujących się płynną regulacją obrotów wału nożowego i osiągającą poziom tych obrotów nawet 6000/min.

Systemy chłodzenia wytwarzanych farszów

Konieczność utrzymania niskiej temperatury wytwarzanego farszu kutrowanego w czasie trwania procesu kutrowania staje się technologicznie niezbędne. Na uzyskanie takich warunków pozwalają nowoczesne rozwiązania posiadające nowatorskie rozwiązania w zakresie chłodzenia. Urządzenia takie wyposażone są w płaszcz chłodzący, w którym stosuje się czynnik chłodniczy. Misy o takiej konstrukcji (podwójne dno) pozwalają na skuteczne utrzymanie temperatury farszu w czasie jego wytwarzania na zakładanym nastawnym poziomie. W zakresie nowych technik chłodzenia wykorzystuje się również w czasie kutrowania, ciekły azot (temperatura -196°C) będący kriogenicznym medium chłodzącym (system LINKUT). Wtrysk tego kriogenicznego gazu pozwala na skuteczne utrzymanie niskiej, stałej temperatury farszu. Poza tym azot jako gaz obojętny wypiera z surowca tlen a dzięki temu wpływa pozytywnie na barwę, zapach i trwałość farszów a w efekcie gotowych wyrobów. W kutrach misowych trafia on bezpośrednio do farszu przez zamontowaną dyszę umieszczoną bezpośrednio przed nożami kutra. W trakcie wtrysku ciekłego azotu należy stosować obniżone obroty wału nożowego w celu równomiernego rozprowadzenia w całej masie powstających zmrożonych, niewielkich granulek. Wprowadzanie azotu można prowadzić w sposób okresowy, aż do uzyskania żądanej temperatury. W związku z faktem, że z zastosowaniem systemu LINKUT można ściśle ją kontrolować, czas kutrowania można wydłużać tak długo, aż osiągnie się pożądany stopień rozdrobnienia składników farszu bez negatywnego wpływu wzrostu temperatury na jego jakość i wodochłonność. Rozdzielany przez szybko obracające się noże, azot odparowuje odbierając z farszu ciepło. W takiej formie jest odprowadzany przez przewód wyciągowy na zewnątrz, jako gaz odlotowy. Przy tej technice kutrowania niezbędny jest brak kontaktu dyszy z surowcami w celu wyeliminowania ryzyka ich przymarznięcia. Przymarznięcie surowca do dysz prowadzi bowiem do uzyskania przez końcowy produkt nierównomiernego wyglądu przekroju. Kutrowanie z wykorzystaniem ciekłego azotu umożliwia pełne regulowanie żądanym obciążeniem mechanicznym farszu, co umożliwia jego uzyskanie o różnym stopniu rozdrobnienia. W rezultacie można w ten sposób skutecznie oddziaływać na konsystencję wyrobów gotowych.

Wbudowany system czyszczący

Wymagania higieniczne w dużym stopniu spełniają kutry z wmontowanym systemem czyszczącym. System taki pozwala na higieniczne oczyszczanie istotnych przestrzeni roboczych kutra. Proces czyszczenia w takim układzie obejmuje płukanie wstępne wodą, mycie pianowe wodą, określony czas działania środków czyszczących, spłukiwanie i dezynfekcję. Woda zużyta jest systematycznie zastępowana wodą świeżą. System umożliwia nastawienie odpowiedniej liczby obrotów misy dla każdego stopnia jej zabrudzenia i na regulację intensywności mycia oraz czyszczenia. Nastawnej regulacji podlegają również parametry płukania i dezynfekcji.

Noże w kutrach misowych

Praca kutra misowego opiera się na połączeniu dwóch ruchów prostopadłych: poziomego misy i pionowego noży. Ruch noży jako element tnący działa na zasadzie klina a krzywizna noża sprawia, że proces wbijania klina przebiega płynnie i powoduje cięcie surowca. Charakterystyczne dla procesu cięcia w pracy kutra misowego jest przemieszanie się surowca i obroty noży kutrujących. Noże te konstrukcyjnie są ciągle udoskonalane w zakresie doboru rodzaju stali i tworzenia ostrzy. Nowoczesnymi rozwiązaniami są ostrza ze spiekanych proszków twardych metali równolegle tworzone z technologią nanoszenia powłok i wygładzania.

Pozwala to na znaczny wzrost czasu użytkowania noży oraz ograniczenie stopnia nagrzewania się farszu poprzez zmniejszenie jego tarcia z bocznymi powierzchniami noży. Dobrym rozwiązaniem jest stosowanie utwardzających powłok z azotynu tytanu(TIN). Technika taka pozwala na poprawę właściwości poślizgowych noży, umożliwia skrócenie procesu kutrowania, obniża tempo przyrostu temperatury kutrowanego farszu i pozwala na mniejsze zużycie energii.

Zmiany techniczne w zakresie noży kutrujących dotyczą ponadto ich rodzaju, który uwzględnia kształt geometryczny krawędzi tnącej. Czynnik ten ma bardzo istotny wpływ na jakość farszów i wędlin kutrowanych. Szeroko stosowane w starych typach urządzeń noże sierpowe dają niestety najgorsze farsze homogenizowane i drobnorozdrobnione. Sprawdzają się one przede wszystkim jako elementy rozdrabniające surowiec mięsno- tłuszczowy, w tym mrożony, w produkcji kiełbas surowych dojrzewających oraz suszonych. Praktykowane noże proste nadają się natomiast głównie do rozdrabniania surowców opornych mechanicznie (np. skórki, mięsa mrożone). Obecnie coraz powszechniej są stosowane noże o krawędzi tnącej w kształcie linii łamanej. Noże te w efektywności kutrowania są tylko minimalnie gorsze od noży w kształcie spirali logarytmicznej ale są zdecydowanie mniej podatne na pękanie zachodzące w rezultacie zmęczenia materiału (oddziaływanie drgań na grzbiet noża). Nową techniką kutrowania jest wytwarzanie farszu w wyniku ,,kutrowania z zawirowaniem”.

Wykorzystuje się w tym procesie noże z otworami (perforowane) występującymi na ich powierzchni bocznej. Technika ta pozwala na uzyskanie doskonałych rezultatów kutrowania, do których należy zaliczyć:

  • lepszą jakość emulsji,
  • zwiększenie wiązania wody o 2%,
  • zredukowania czasu obróbki o 20-25%,
  • oszczędność energii o 12-25%
  • lepsze efekty cięcia i homogenności farszu
  • przy 25% zredukowaniu obrotów noży,
  • wzrost trwałości noży o 100%,
  • mniejsze napowietrzenie farszu.

Noże z otworami eliminują pewne wady występujące przy stosowaniu noży pełnych. W czasie pracy kutra z takimi zamontowanymi na wale nożami wytwarza się w otworach podciśnienie, które eliminuje zawarte w farszu

pęcherzyki powietrza. Uzyskuje się w ten sposób lepszy przekrój wyrobów gotowych w porównaniu z produktami wyprodukowanymi z farszów wytwarzanych przy użyciu noży pełnych. Noże z otworami są także bezkonkurencyjne

w utrzymywaniu niskich temperatur podczas kutrowania. Przepływ ciepła pochodzącego od tarcia zostaje przerwany przez boczny strumień farszu. Bardzo dobry ciąg farszu skutecznie redukuje więc przenoszenie

ciepła przez otwory. Ponadto obrabiany surowiec w kutrze nie jest podrywany, co w praktyce ogranicza wielkość tarcia i w efekcie wydzielanie się ciepła. Mniejsza dynamika narastania temperatury w farszu przy jego kutrowaniu nożami z otworami pozwala uzyskać skuteczniejsze rozdrobnienie, co wpływa korzystnie na wiązanie wody i emulgowanie tłuszczu. Oceniając efektywność działania noży z otworami należy zwrócić uwagę na ich działanie jako tzw. ,,hamulec wirowy”. Pożądane zakłócenia spowodowane przez otwory powodują to, że mniejsza ilość kutrowanego farszu może podnieść się pod ścianą kołpaka nożowego i przez to poprawia się działanie tnące noży. Wyhamowanie prędkości obiegu farszu w obszarze pokrywy nożowej zwiększa

różnicę prędkości między nożami a farszem. Surowiec jest w takich warunkach częściej cięty w określonym czasie, co umożliwia również skrócenie czasu kutrowania. Noże z otworami wytwarzają silne zawirowanie surowca, co obniża cyrkulację farszu o 80% powodując wzrost działania tnącego noży, które rośnie wtedy o 60%. Podczas całego procesu kutrowania przy użyciu noży z otworami rozkład ciepła w farszu pozostaje jednak nierównomierny, co oznacza, że pojawiają się punktowe mniejsze zimna wpływające ujemnie na ogólną jakość emulsji.

W celu uzyskania dobrej wytrzymałości noży z otworami powinno się dobierać ich kształt tak, aby siły rozciągania krawędzi tnącej zostały skompensowane. Jednocześnie należy uzyskać sztywny grzbiet noży oraz odpowiednie ułożenie otworów, co zmniejsza tarcie boczne ich powierzchni z farszem. W wyniki technicznej

modyfikacji łącząc tworzenie otworów na powierzchni bocznej noży z optymalnym kształtem ich ostrza uzyskano noże dające siekająco-ciągły efekt krojenia. Noże te opracowano jako konstrukcję noży w bloku (tzw. wielonóż). Zastosowanie takiego bloku nożowego pozwala na wytworzenie farszów o bardzo wysokiej jakości.

Technika kutrowania ciągłego

Kutrowanie ciągłe prowadzi się w tzw. kutrach przelotowych, które są w stanie z surowca wstępnie rozdrobnionego w wilku na cząstki o wielkości 5-8mm, względnie wykutrowanego wstępnie w kutrze misowym, wytworzyć drobnorozdrobniony lub homogenny farsz. Powstaje on w czasie przejścia przygotowanej masy

przez układ tnący kutra przelotowego. Procesy wytwarzania farszu w takich urządzeniach należy tak prowadzić, aby zachować pożądany poziom procesów cieplnych podczas jego wytwarzania i nie przekraczać znacznie jego temperatury końcowej przy osiąganiu pożądanej emulgacji. Duże znaczenie dla efektu końcowego ma tutaj fakt, że czas wytwarzania farszu w kutrach przelotowych jest stosunkowo krótki, co może negatywnie wpływać na stabilność wytwarzanej emulsji.

Układy tnące w kutrach przelotowych stanowią najczęściej podwójne lub potrójne głowice tnące (noże, siatki rozdrabniające, siatki tnące). W najnowszych rozwiązaniach stosuje się elastyczne systemy naprężające tych układów. O efekcie kutrowania a zarazem jakości uzyskanego farszu decyduje bowiem wielkość nacisku ostrzy kilkuramiennych noży do siatek o średnicy otworów 0,8-5mm. Wysokiej jakości farsz uzyskuje się również w kutrach przelotowych posiadających podwójny system tnący pracujący w układzie rotor- stator (głowica tnąca i pierścień). W tym nowoczesnym rozwiązaniu konstrukcyjnym efektywność kutrowania jest wynikiem regulacji wielkości szczeliny pomiędzy rotorem i statorem. Nowej generacji kutry przelotowe pracują w warunkach zredukowanego ciśnienia, co dodatkowo poza odpowietrzającym działaniem układów tnących pozwala na osiągnięcie dodatkowych korzyści technologicznych. Dla uzyskania wysokich zdolności produkcyjnych

kutry przelotowe włącza się w linie produkcyjne, eliminujące w dużym stopniu transport zewnętrzny. Wykorzystuje się w nich pompy mieszające i rurowe systemy transportu, za pomocą których wytwarzany farsz można kierować bezpośrednio do nadziewarki. Przy dużych zdolnościach produkcyjnych farsz kierowany

jest do wyrównawczego zbiornika pośredniego, z którego pompa dozuje go dalej do nadziewarek. Cały system takiego transportu wyposażony jest w odpowiednie czujniki, które na bieżąco zbierają informacje ze wszystkich sprzężonych urządzeń i integrują je za pomocą komputera.