Совершенствование и развитие технологических процессов получения пищевой продукции из водного сырья

Совершенствование и развитие технологических процессов получения пищевой продукции из водного сырья

А.М. Ершов, И.Э. Бражная, А.Т. Перетрухина, В.В. Димова, A.A. Иваней, М.В. Котлярова, Ю.В. Шокина

Технологический факультет МГТУ, кафедра технологии рыбных продуктов

Аннотация. В работе изложены результаты экспериментальных данных, полученных при посоле в тузлуке, определены коэффициенты диффузии, предложена математическая модель посола и рассчитаны оптимальные значения параметров равномерного просаливания рыбы слоем определенной толщины в тузлуке. Разработан новый коптильный препарат "СКВАМА", проведены исследования пресервов с использованием этого препарата, утверждена нормативно-техническая документация. Изучены режимы получения консервов из копченой сельди с использованием низкотемпературной тепловой обработки полуфабриката. Предлагаются экстракты из растительного сырья как ингибиторы развития микрофлоры и вкусо-ароматические добавки в пищевые продукты. Исследовано влияние температуры на продолжительность хранения салатов из морской капусты. Разработаны оптимальные режимы генерации дыма с использованием ИК-генераторов.

1. Введение

Перед рыбообрабатывающими предприятиями стоит задача изменения ассортимента выпускаемой продукции в пользу высококачественных, экологически чистых видов продукции, вырабатываемых по энергоресурсосберегающим технологиям. Поэтому на кафедре технологии рыбных продуктов Мурманского Государственного Технического Университета рядом исследователей проводятся работы по совершенствованию техники и технологии переработки гидробионтов. Работы ведутся в следующих направлениях:

1) изучение закономерностей посола рыбы с целью разработки эффективных посольных устройств;

2) создание коптильных препаратов для ароматизации пресервов и разработка на этой основе новых видов продукции;

3) совершенствование технологии получения консервов из копченой рыбы;

4) изучение экстрактов, полученных из растительного сырья при повышенных температурах;

5) увеличение продолжительности хранения салатов из морской капусты;

6) создание дымогенератора с ИК - нагревом.

Поиск новых видов продукции в настоящее время, несомненно, важен, особенно в связи с использованием сырья, бедного по своему химическому составу и ранее неиспользовавшегося. Поэтому нет никаких сомнений в том, что работа, проводимая на кафедре ТРП, важна и насущно необходима. В настоящее время созданы и в дальнейшем будут создаваться ряд образцов новой техники, современные технологии, позволяющие разрабатывать и производить конкурентоспособные продукты.

2. Изучение закономерностей посола рыбы

Одним из определенных факторов приготовления деликатесной продукции является получение полуфабриката или готового продукта с заданной соленостью. Это возможно на основе знания закономерностей диффузии соли в мясе рыбы при просаливании (Димова, 1996). Решение математической модели процесса посола в тузлуке имеет следующий вид:

S(o,r) = secm + S0 {1 - exp [-2,4706 (Dt/l2 - 0,0843)]},

где S(0 t), S0 - соленость рыбы в центре образца и на границе раздела твердой и жидкой фаз, %; Secm - естественная соленость рыбы, %; D - коэффициент диффузии соли в рыбе, м2/с; l - половина толщины рыбы, м.

Данная формула справедлива для времени посола т > т', где т' - время, по прошествии которого начинает изменяться соленость в центре образца, с:

т' = 0,0843 l2/ D .

Коэффициенты диффузии определялись для угря, мойвы, путассу, сайды, окуня и скумбрии. Они зависят от химического состава (жирности) и температуры (t) солевого раствора и могут быть найдены:

D = 0,003Ж + 0,02t + 0,66 .

Коэффициенты диффузии в данной формуле справедливы для солености рыбы не более 9%. Эффективная соленость S0 определяется из следующего выражения:

S0=a

а - коэффициент, Sp - концентрация соли в солевом растворе, %. Коэффициент а имеет различные значения для каждого вида рыбы и зависит от ее химического состава, состояния кожного покрова, формы тела и т.п.

Значения коэффициента а для различных видов рыбы

Наименование объекта посола Массовая доля жира, % Температура тузлука, °С Коэффициент а

Филе сайды 1,3 18 0,66

Окунь свежий н/р 7,0 18 0,41

Мойва дефростированная н/р 9,7 18 0,3

Филе скумбрии 13,4 18 0,32

Угорь дефростированный б/г 15,0 18 0,38

Путассу свежая н/р 2,0 9 0,67

Путассу свежая н/р 2,0 18 0,68

Путассу свежая н/р 2,0 25 0,88

Путассу свежая н/р 2,0 30 0,92

С использованием приведенных выше зависимостей определены границы толщины слоя рыбы в тузлуке, при которых соленость продукта во всех срезах слоя должна быть равномерной. Предположено, что увеличить толщину слоя с равномерной соленостью можно, если увеличить плотность орошения поверхности рыбы. Были определены близкие к оптимальным плотность орошения и максимальные толщины слоев мойвы и филе скумбрии при посоле. Например, при толщине слоя мойвы 170 мм, филе скумбрии 150 мм, и времени посола 50 и 60 минут, соответственно, плотность орошения составила 0,0252 дм3/(мин см2), а плотность тузлука 1,18-1,2 г/см3 . Температура тузлука при посоле должна быть 15°С. При посоле мойвы и филе скумбрии в таких условиях был получен полуфабрикат с соленостью 4,6-5,43% и 4,65-5,30%. Такой полуфабрикат пригоден для получения копченой и слабосоленой продукции, а приведенные выше режимы рекомендуются для внедрения в механизированных посольных ваннах.

3. Создание коптильных препаратов для ароматизации пресервов и разработка на этой основе новых видов продукции

В последнее время повышенное внимание уделяют пресервам в ароматизированном масле. Для ароматизации используют коптильные препараты типа "Вахтоль", "ВНИРО", "ВНИИМП", и другие. Однако качество рыбных изделий с данными коптильными препаратами не по всем параметрам отвечает современным требованиям. Лучшими показателями обладает препарат "ВНИРО", но его свойства зависят от типа используемого дымогенератора, поэтому возможны значительные колебания его химического состава и как результат - качества готовой рыбной продукции. Таким образом, совершенствование установок для получения коптильных препаратов является актуальной задачей.

На экспериментальной установке, разработанной в Мурманском Государственном Техническом Университете, получен коптильный препарат "Сквама", который отличается стабильным химическим

составом, зависящим в основном от породы используемой древесины. Для исследований была изготовлена опытная партия пресервов с использованием коптильного препарата "Сквама" для ароматизации масла по следующим технологическим схемам: с предварительным посолом, подсушкой рыбы с последующей заливкой в банки ароматизированного масла; и с посолом без подсушки рыбы, с последующей заливкой ароматизированного масла. Бензойнокислый натрий использовали как консервант. В качестве сырья использовали скумбрию и ставриду мороженые. Масло настаивали на коптильной жидкости при разных соотношениях в течение суток. Были использованы следующие соотношения масла и жидкости для ароматизации: 1:1, 2:1, 3:1. Дополнительно для сравнения были приготовлены пресервы из копченой рыбы в масле и из рыбы в масле по традиционным технологическим схемам. Анализы проводили для соленого полуфабриката в день изготовления, для пресервов - на 10, 30 и 60 сутки хранения.

Основные качественные показатели готовой продукции определяли стандартными методами: соотношение масс рыбы и заливки, массовая доля хлорида натрия, массовая доля БКН. Органолептические показатели по специально разработанной для этого вида пресервов 5-бальной шкале. При органолептической оценке качества пресервов отмечались такие показатели как вкус, запах, консистенция и состояние филе. Пресервы "Ставрида филе-кусочки копченые в масле" в процессе хранения имели вкус и запах, свойственные данному виду продукции, с ароматом и вкусом копченой рыбы, консистенция мяса рыбы была плотная, жестковатая. Упрочнение консистенции мышечной ткани рыбы, очевидно, обусловлено частичным обезвоживанием мяса в процессе копчения и торможением гидролитического расщепления белков, и, соответственно, созревания пресервов под действием фенольных веществ коптильного дыма, обладающих свойством реагировать с белками. Пресервы "Ставрида филе-кусочки в ароматизированном масле" по своему внешнему виду были близки к пресервам "Ставрида филе-кусочки в масле", отмечался приятный вкус и запах копченой рыбы без привкуса растворителя, характерного для пресервов в ароматизированном масле, изготовленных с применением коптильных жидкостей "Вахтоль" и "ВНИИМП". Поверхность рыбы была чистой, без посторонних примесей и налета. Особо отмечалась нежная консистенция.

Органолептическая оценка экспериментальных образцов пресервов выше, чем контрольного образца, приготовленного без коптильного препарата, т.е. вкусо-ароматические свойства пресервов под действием препарата "Сквама" улучшаются. Дегустаторами отмечался более сбалансированный, нежный и мягкий аромат копчения в образцах с ароматизированным маслом, полученном при соотношении масла и коптильной жидкости при ароматизации 2:1. Эти пресервы признаны лучшими по качеству. В пресервах, где использовали ароматизированное масло, настоянное на коптильной жидкости при соотношении 3:1, ощущался приятный, мягкий, но слабый аромат копчения. В образцах, где использовали ароматизированное масло, настоянное на коптильной жидкости при соотношении 1:1, ощущался четкий аромат копчения, но большая часть дегустаторов отметила появление специфического послевкусия, вызванного высокой концентрацией препарата.

Таким образом, оптимальным было принято соотношение масла и жидкости при ароматизации 2:1. Часть пресервов была изготовлена из соленого полуфабриката с подсушкой. Мы считаем, что удаление излишней влаги с поверхности филе приведет к дальнейшему удлинению срока хранения. Необходимо подтвердить это экспериментально. В процессе дальнейшего эксперимента будет выявлено влияние подсушки на органолептические свойства пресервов и их срок хранения.

Для характеристики процессов созревания использовали объективные показатели, такие как изменение буферности и отношения содержания аминного азота к содержанию общего азота (АА/ОА) в процессе хранения. Если буферность достигает 120-180 грд, а отношение аминного азота к общему 812%, то пресервы считают созревшими. По всем показателям пресервы "Ставрида филе-кусочки в масле" и "Ставрида филе-кусочки в ароматизированном масле" имели приблизительно одинаковую скорость созревания, причем у пресервов в ароматизированном масле несколько ниже. Это указывает на то, что под действием коптильных веществ увеличивается продолжительность хранения и тормозится их перезревание. Содержание фенольных веществ во всех образцах пресервов составляло 1,5-2 мг%. В связи с повсеместным ухудшением экологической обстановки особую актуальность приобретает проблема производства пищевых продуктов с минимальным содержанием веществ, опасных для здоровья, таких как бензапирен, нитрозодиметиламины, тяжелые металлы и гистамин. Контроль вышеуказанных веществ наиболее важен в сырье и новых продуктах.

В связи с применением нового коптильного препарата "Сквама" появилась необходимость проведения медико-биологических исследований пресервов. Для проведения сравнительного анализа нами исследованы одновременно следующие продукты: соленый полуфабрикат скумбрии, пресервы "Скумбрия филе-кусочки в масле", пресервы "Скумбрия филе-кусочки копченые в масле" и пресервы

"Скумбрия филе-кусочки в ароматизированном масле" с коптильным препаратом "Сквама". В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов (СанПиН 2.3.2.560-96), определялось содержание канцерогенных веществ (бензапирена и нитрозоаминов), гистамина, тяжелых металлов. Содержание бензапирена (БП) определялось с помощью спектрофлуориметра MPF-4 (Hitachi), а нитрозоаминов (НДМА) -хроматографически на газохроматографической установке с хемилюминисцентным детектором ТЕА-502 (Termo Electron Corporation).

Онкогигиеническая оценка экспериментальных образцов проводилась лабораторией онкологии НИИ онкологии им. проф. Н.Н.Петрова (г.Санкт-Петербург). Показано, что из-за весьма низкой концентрации БП и НДМА в самом коптильном препарате ( 0,08мкг/л и 0,34 мкг/л соответственно) содержание этих веществ в пресервах после введения коптильной жидкости практически не изменяется, и в пределах погрешности измерения практически одинаково в сырье, пресервах в масле и пресервах в ароматизированном масле (содержание БП около 0,1 мкг/кг, НДМА не обнаружены). Для сравнения: в скумбрии холодного копчения содержание БП составляет 0,42 мкг/кг, а НДМА - 0,78 мкг/кг. Содержание гистамина, определенное фотометрически на КФК-2, в пресервах "Скумбрия филе-кусочки в ароматизированном масле" колеблется в пределах от 18 до 39 мк/кг, что в 2,5-4 раза меньше существующих норм. Содержание тяжелых металлов определялось методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на приборе "Hitachi AAS 180-50" (НПО "Севрыбтехцентр"). Показано, что металлы свинец, кадмий, мышьяк, ртуть, медь, цинк, олово присутствуют в готовом продукте в концентрациях ниже ПДК.

Анализ всех качественных показателей пресервов в ароматизированном масле показывает, что коптильный препарат "Сквама" значительно улучшает вкусовые качества слабосоленых пресервов из океанических и, особенно, плохо созревающих рыб. По органолептическим и химическим показателям эти пресервы в основном не уступают пресервам из рыбы копченой в масле, а по некоторым, таким, как консистенция, превосходят их. Таким образом, применение коптильного препарата "Сквама" в пресервном производстве позволяет расширить ассортимент соленой деликатесной продукции, способ его получения достаточно прост, расход при производстве невелик, что гарантирует рентабельность пресервов в ароматизированном масле с использованием коптильного препарата "Сквама". На коптильный препарат "Сквама" и пресервы с этим препаратом разработана и утверждена соответствующая нормативно-техническая документация.

4. Совершенствование технологии получения консервов из копченой рыбы

Консервы из рыбы горячего копчения традиционно пользуются стабильным спросом у населения. Однако их производство связано со значительными затратами сырья и энергии. В настоящее время на кафедре ТРП проводятся работы по переходу от высокотемпературной термической обработки полуфабриката к низкотемпературной обработке. Изготовленные образцы консервов с применением низкотемпературного термического воздействия отличались высокими вкусовыми достоинствами. В настоящее время отработаны режимы получения консервов из копченой сельди. Уточняются оптимальные режимы производства консервов из трески.

5. Изучение экстрактов, полученных из растительного сырья при повышенных температурах

В качестве сырья для получения экстрактов использовались различные породы древесины, кустарники, травы, и водоросли (Ершов и Иваней, 1997). Анализ группового химического состава показал, что они содержат карбонильные соединения, спирты, кислоты, фенолы и другие вещества. В результате экспериментов обнаружено, что содержащиеся в экстрактах вещества могут служить ингибиторами развития микрофлоры. При добавлении экстрактов продолжительность использования тузлука в процессе посола рыбы может увеличиться в два и более раз. Наличие комплекса различных соединений и специфического аромата экстракта могут применяться и как вкусоароматические добавки при производстве пищевой продукции.

6. Увеличение сроков хранения салатов из морской капусты

Были исследованы несколько образцов салатов из морской капусты. Образцы хранились при температурах от 0 до 3°С и при -12°С (Ершов и Котлярова, 1997). Показатели качества измельченного салата несколько ниже, чем шинкованного, что обусловлено главным образом большим водным отстоем у измельченного продукта. В течение 1 месяца хранения у всех салатов не обнаружено БГКП, патогенной микрофлоры, в том числе сальмонелл. Мезофильно-аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы были обнаружены в количестве не более 2104 КОЕ/г, что соответствует требованиям

инструкции по санитарно-микробиологическому контролю производства пищевой продукции из рыбы и морских беспозвоночных. Потребительские свойства салатов после 1 месяца хранения изменились незначительно. Это позволяет доставлять охлажденную и замороженную продукцию в достаточно отдаленные районы России. Возможно увеличение сроков хранения до нескольких месяцев при снижении температуры без значительного ухудшения по органолептическим и микробиологическим показателям. Однако, для этого необходимы дополнительные исследования.

7. Создание дымогенератора с ИК - нагревом

Повышение качества копченого продукта, его безопасности для здоровья человека, снижение расходов энергии и топлива можно осуществить, применяя новые способы получения коптильного дыма с учетом согласования подвода тепла к топливу и кинетики его нагрева. Для решения этой проблемы на кафедре технологии рыбных продуктов МГТУ создана конструкция дымогенератора ИК - нагревом. Были выявлены основные факторы, влияющие на процесс генерации: удельная поверхность древесины (Х1, м2/кг), начальное влагосодержание опилок (Х2, %), количество добавляемой в камеру дымогенератора воды (Х3, %). Ряд факторов: расстояние излучателя до древесины, температура излучения, длина волны излучения - были приняты постоянными. Продолжительности периода нагрева (У1) и периода собственно дымообразования (У2) зависят от основных влияющих факторов следующим образом:

У1 = 104,4Х1 + 1,66Х2 + 4,82Х3- 0,13Х1 Х2 + 0,0003Х2- 0,258ХД"3 - 4,19Х/ - 0,014Х/- 704,5 ,

У2 = 10,5Х1 - 0,384Х2 + 0,054Щ + 0,0568Х1 Х2 + 0,0151Х1 + 0,023Х2 - 0,715Х/ - 58,67 .

Поиск оптимальных значений влияющих факторов велся таким образом, чтобы при соблюдении граничных условий наиболее полно удовлетворялись требования критериев оптимизации для обоих периодов: нагрева и дымообразования. Были получены следующие оптимальные значения влияющих факторов: для высокопроизводительных установок Х1 =11,8 м2/кг, Х2=45%, Х3 = 50%; для малых установок Х1=11,0 м2/кг, Х2=70%, Х3=70%. Таким образом, найденные параметры дымогенерации позволяют в довольно простых по устройству генераторах получать качественную коптильную среду.

8. Заключение

По результатам проведенных исследований разработан коптильный препарат "СКВАМА" с оригинальными свойствами. Коптильный препарат использован при производстве пресервов. Работы завершены, создается нормативно-техническая документация. Предложены экстракты из растительного сырья, которые могут быть применены и как ингибиторы микрофлоры, и как вкусоароматические добавки. Найдены пути увеличения сроков хранения салатов из морской капусты. Разработаны оптимальные пути генерации дыма с использованием ИК-генераторов. На основе полученных зависимостей можно создавать малогабаритные высокоэффективные генераторы дыма, отличающиеся простотой конструкции и малой массой. Предложены близкие к оптимальным режимы посола мелкой рыбы и филе в тузлуке слоем несколько рядов. Определены основные параметры для конструирования механизированных посольных ванн: продолжительность посола, толщина слоя рыбы, плотность и температура раствора, плотность орошения.

Таким образом, проведенные исследования способствуют созданию как новых видов продуктов, так и совершенствованию техники и технологии.

Литература

Димова В.В. Закономерности процесса диффузии соли в мясе рыбы при посоле в тузлуке. Российская

Академия Наук, Кольский научный центр, Апатиты, с.19, 1996. Ершов A.M., Иваней A.A. Использование экстрактов из растительного сырья, в том числе из водорослей, в технологии обработки рыбы. Нетрадиционные объекты морского промысла и перспективы использования. Тезисы докладов научно-практической конференции 17-18 апреля 1997г., Российская Академия Наук, Кольский научный центр, Мурманск, с.42-43, 1997.

Ершов А.М., Котлярова М.В. Влияние температурных режимов хранения на качество салатов из морской капусты. Нетрадиционные объекты морского промысла и перспективы использования. Тезисы докладов научно-практической конференции 17-18 апреля 1997г., Российская Академия Наук, Кольский научный центр, Мурманск, с.43-45, 1997.

СанПиН 2.3.2.560-96. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. М, Государственная система санитарно-эпидемиологического нормирования Российской федерации, с.269, 1997.