Основы расчета технологических параметров приготовления формованной соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью, с заданными физико-химическими характеристиками

Вестник МГТУ. 2016. Т. 19, № 3. С. 657-663. DOI: 10.21443/1560-9278-2016-3-657-663

УДК 664.956

Е. И. Степаненко, М. П. Андреев, Б. Л. Нехамкин

Основы расчета технологических параметров приготовления формованной соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью, с заданными физико-химическими характеристиками

Определена зависимость активности воды от основных физико-химических характеристик соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью. В ходе исследовательских работ оценивалось качество продукции органолептическим методом; определение массовой доли воды проводили методом высушивания; массовой доли соли - аргентометрическим методом; активность воды измеряли методом зеркально охлаждаемого датчика точки росы. На основании экспериментальных данных установлена зависимость Aw от концентрации хлористого натрия в соленых полуфабрикатах минтая (Theragra chalcogramma), сельди атлантической (Clupea harengus), трески балтийской (Gadus morhua callarías), путассу (Micromesistius), горбуши (Oncorhynchus gorbuscha), ставриды (Trachurus trachurus). Выведена эмпирическая формула, отражающая взаимосвязь параметра (Aw) с массовыми долями хлористого натрия (NaCl) и воды, на основании которой возможно рассчитать параметры соленого полуфабриката для получения формованной продукции с промежуточной влажностью с заданной микробиологической стойкостью при хранении. Определены соотношения между массовой долей поваренной соли и массовой долей воды, исключающие бактериальную порчу и развитие плесени, которые составляют S > 0,135 • W и S > 0,34 • W соответственно, где S - массовая доля соли, %, W - массовая доля воды, %. Рассмотрен пример расчета необходимой дозировки хлористого натрия в полуфабрикате из фарша горбуши для получения готового продукта с точно заданными значениями влажности и активности воды. В процессе обезвоживания формованной соленой рыбной продукции изменяются основные физико-химические параметры - массовая доля соли и массовая доля воды, которые влияют на показатель активность воды (Aw). Определение взаимосвязи данных параметров даст возможность прогнозировать качественные изменения соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью при хранении и рассчитывать необходимые параметры подготовки соленого полуфабриката.

Ключевые слова: формованная соленая рыбная продукция, промежуточная влажность, активность воды, массовая доля соли, массовая доля воды, микробиологическая безопасность.

Введение

Многими исследованиями было показано, что связь воды является одной из основных характеристик качества продукта [1].

В продуктах с одинаковым содержанием влаги происходят различные процессы порчи при хранении. При этом большое значение имеет форма связи воды с компонентами продукта. Чем сильнее связана вода, тем она менее способна участвовать в гидролитических и других процессах, ухудшающих качество. В связи с этим У. Скоттом был введен в практику показатель активности воды (Aw).

Исходя из значения величины показателя Áw, пищевые продукты разделяют на следующие виды:

- продукты с высокой влажностью - Áw = 1,0-0,9;

- продукты с промежуточной влажностью - Áw = 0,9-0,6;

- продукты с низкой влажностью - Áw = 0,6-0,0 [2].

К соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью относятся вяленая и сушено-вяленая продукция, полученная из предварительно посоленного сырья, с удалением влаги путем высушивания и имеющая значения показателя активности воды (Aw) от 0,9 до 0,6.

В настоящее время известны значения активности воды растворов многих химических веществ, и существуют некоторые прогностические модели для расчета данного показателя [3]. Однако, учитывая сложный состав пищевых, в том числе рыбных продуктов, прогнозирование Áw для них имеет определенные особенности. В силу этого многие уравнения определяют значение Aw в достаточно узком диапазоне.

Надо отметить, что большое распространение получила эмпирическая формула (1), предложенная бельгийскими учеными на основании исследования около 80 образцов мясных продуктов [4]:

Aw = 0,9845 - 0,76 •

где S - массовая доля хлористого натрия, %; W - массовая доля воды, %.

Формулой (1) воспользовались при исследовании процесса обезвоживания с целью получения доступного расчета "барьерного эффекта" в производственных условиях [5]. Однако возник вопрос о правомерности расчета применительно к технологии рыбных продуктов. Некоторыми авторами было отмечено, что использование

формулы на практике показало несоответствие между расчетными и измеренными значениями Aw при ее понижении. Данная формула применима для продуктов с Aw выше 0,87 [6].

Для большинства рыбных соленых продуктов Hector M. Lupin установил линейную зависимость между активностью воды и моляльной концентрацией хлористого натрия (2) [7] :

Aw = 1,002 - 0,042 • m,

где m - моляльная концентрация NaCl в растворе.

Линейное приближение было проанализировано с учетом значений Aw чистых растворов NaCl. Формула явилась подходящей для оценки Aw в соленых высоковлажных рыбных продуктах, но с ошибками в пределах допустимого диапазона для продуктов с промежуточной влажностью.

Изменение показателя Aw непосредственно отражается на сроке годности продукции. Отмечается, что понижение значений Aw на сотые доли уже может привести к увеличению срока хранения в два раза [8].

К традиционным физико-химическим показателям вяленой и сушено-вяленой рыбной продукции, определяющим стойкость при хранении, относятся массовые доли соли и воды, а следовательно, и концентрация соли, определяемая как массовая доля хлористого натрия в водной фазе рыбного сырья или готового продукта, выраженная в %.

Для создания эффективной технологии вяленой и сушено-вяленой рыбной продукции необходима оптимизация вышеуказанных физико-химических показателей и установление их взаимосвязи с активностью воды при условии сохранения положительной органолептической оценки.

Материалы и методы

При исследовании взаимосвязи показателя активности воды с массовыми долями воды и хлористого натрия в качестве материала приняты виды рыб различного химического состава: минтай (Theragra chalcogramma), сельдь атлантическая (Clupea harengus), треска балтийская (Gadus morhua callarías), путассу (Micromesistius), горбуша (Oncorhynchus gorbuscha), ставрида (Trachurus trachurus). Были приготовлены образцы фаршевых полуфабрикатов без добавления соли и с массовой долей соли до 4,0 %.

При проведении исследовательских работ все образцы обезвоживали конвективным способом при температуре 22 ^ 23 °С, относительной влажности воздуха 36 ^ 40 % и скорости воздушного потока 0,5 ^ 1,5 м/с, с чередованием периода сушки и периода отдыха. В процессе обезвоживания фиксировали изменение массы каждого образца через определенные промежутки времени.

В работе использовались общепринятые методы исследования качества и безопасности соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью. Органолептическая оценка проводилась в соответствии с ГОСТ 7631-2008 "Рыба, нерыбные объекты и продукция из них. Методы определения органолептических и физических показателей". Определение массовой доли воды и массовой доли соли проводили по ГОСТ 7636-85 "Рыба. Морские млекопитающие, морские беспозвоночные, водоросли и продукты их переработки. Методы анализа"; массовой доли воды - методом высушивания при 130 °С; массовой доли соли - стандартным аргентометрическим методом. Áw определяли по ГОСТ Р ИСО 21807-2012 на приборе Lab Master-aw (фирма NOVASINA, Швейцария) методом зеркально охлаждаемого датчика точки росы.

Результаты и обсуждение

На основании экспериментально установленных массовых долей NaCl и воды и по известной формуле расчета процентной концентрации соли в растворах, успешно применяемой с достаточной точностью для технологических расчетов, была вычислена концентрация хлористого натрия (C) в тканевом соке фаршевых полуфабрикатов:

C = S • 100 /

где S - массовая доля хлористого натрия, %; W- массовая доля воды, %.

Установлена зависимость Aw от концентрации NaCl в тканевом соке соленых фаршевых полуфабрикатов в процессе обезвоживания (рис.).

Изменение значения показателя активности воды в пределах концентрации соли до 25 % имеет прямолинейный характер с коэффициентом аппроксимации 0,98.

Данные рисунка показывают, что значения концентрации соли более 14 % должны обеспечивать стойкость обезвоженной рыбы за счет снижения активности воды продукта ниже 0,86 - порога развития патогенной микрофлоры.

Вестник МГТУ. 2016. Т. 19, № 3. С. 657-663. DOI: 10.21443/1560-9278-2016-3-657-663

Концентрация хлористого натрия, %

О треска с 2,0 % соли

д ставрида с 4 % соли

Ж сельдь с 4,0 % соли

+ минтай с 2,0 % соли

— путассу с 2,0 % соли

ставрида с 2,0 % соли х сельдь с 2,0 % соли о горбуша с 2,0 % соли - минтай с 4,0 % соли путассу с 4,0 % соли

Рис. Взаимосвязь активности воды (Аи) и концентрации хлористого натрия (С) в процессе обезвоживания фаршевой продукции из различных видов рыб

Диапазон значений концентрации соли для получения вяленой и сушено-вяленой рыбной продукции, стойкой при хранении относительно порога развития патогенной микрофлоры с учетом показателя Аи, представлен в табл. 1.

Таблица 1

Концентрация соли в зависимости от массовой доли воды и соли

Массовая доля соли в вяленой или сушено-вяленой продукции, % Массовая доля воды в вяленой или сушено-вяленой продукции, %

45 40 35 30 25 20 15 10

1,5 13,0

2 16,7

3 13,0 16,7 23,1

4 13,8 16,7 21,1

5 14,3 16,7 20,0 25,0

6 13,0 14,6 16,7 19,4 23,1

7 13,5 14,9 16,7 18,9 21,9 25,9

8 15,1 16,7 18,6 21,1 24,2

9 16,7 18,4 20,5 23,1 26,5

10 18,2 20,0 22,2 25,0

На основании данных, представленных на рисунке, получено следующее уравнение:

Аи = 1,035 - 0,0126 • С,

где С - концентрация хлористого натрия, %.

Установлены значения концентрации хлористого натрия, которые соответствуют определенному значению активности воды (табл. 2).

Таблица 2

Значения концентрации хлористого натрия, соответствующие определенной активности воды в процессе обезвоживания соленого полуфабриката

Показатель Активность воды

0,85 0,80 0,75 0,70

Концентрация хлористого натрия, % 14,7 18,7 22,6 26,6

Из формулы 3 расчета концентрации хлористого натрия в растворах (С) можно вывести формулу соотношения массовой доли хлористого натрия (5, %) и воды (Ш, %), соответствующие определенному значению Ам. Соотношение массовых долей хлористого натрия и воды! обозначают как коэффициент Ка:

Ка = 5 / Ш = С / (100 - С), Ка = С / (100 - С). На основании формулы (6) и табл. 2 выводят уравнение:

Ка = 1,007 - 0,98 • Ам.

Из вышеприведенного уравнения (7) следует, что в диапазоне активности воды 0,75 - 0,87 для обезвоженной рыбной продукции взаимосвязь между активностью воды и соотношением массовых долей соли и воды может быть описана уравнением:

Ам = 1,028 - 1,02 • (5 /Ш).

По расчетным данным при соотношении массовой доли воды и массовой доли поваренной соли, равном 5 > 0,165 • Ш, значение активности воды составляет менее 0,86.

Таким образом, для сохранения безопасности продукции в процессе хранения с точки зрения бактериальной порчи целесообразно установить следующее соотношение массовой доли поваренной соли и массовой доли воды в готовом продукте:

5 > 0,165 • Ш.

Для гарантированного исключения развития плесени при хранении продукции, произведенной в условиях нормальной гигиенической практики, соотношение должно быть следующим:

5 > 0,34 •

Рассмотрим пример расчета необходимой дозировки хлористого натрия в исходном полуфабрикате из фарша горбуши для получения готового продукта с влажностью Шк = 40 % и активностью воды Ам = 0,8.

Взаимосвязь активности воды и соотношения массовых долей соли и воды в готовом продукте описывается эмпирическим уравнением (8), на основании которого находят массовую долю хлористого натрия в готовом продукте (5к):

5к = Шк • (1,028 - Ам) / 1,02 = 8,9 %.

Зная начальную массовую долю воды в полуфабрикате (для горбуши Ш ~ 74,0 %) и массовую долю воды в готовом продукте, рассчитывают коэффициент потери массы при обезвоживании:

К = (100 - Шк) / (100 - Шн),

где К - коэффициент потери массы; Шк - массовая доля воды в готовом продукте, %; Шн - массовая доля воды в исходном продукте, %.

Для приведенного примера:

К = (100 - 40) / (100 - 74) = 2,31.

По коэффициенту потери массы рассчитывают необходимую дозировку хлористого натрия (5н) в исходном полуфабрикате:

Бн = 5к / К = 8,9 / 2,31 = 3,85 % = 3,8 - 3,9 %.

Используя данный коэффициент, рассчитывают и другие ингредиенты рецептуры, которые имеют норматив безопасности (например, консервант) или технологические ограничения (экстракт пряностей).

Вестник МГТУ. 2016. Т. 19, № 3. С. 657-663. DOI: 10.21443/1560-9278-2016-3-657-663

Заключение

На основании проведенных работ установлены следующие зависимости технологических параметров приготовления соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью с заданными физико-химическими характеристиками.

1. Для обеспечения микробиологической безопасности продукта взаимосвязь активности воды и соотношения массовой доли соли и воды оценивается на основании формулы:

Aw = 1,028 - 1,02 • (S / W),

где S - массовая доля соли, %; W - массовая доля воды, %.

2. Для исключения бактериальной порчи продукции в процессе хранения целесообразно выдержать следующее соотношение между массовой долей поваренной соли и массовой долей воды:

S > 0,165 • W,

где S - массовая доля соли, %; W - массовая доля воды, %.

3. Для исключения развития плесени соотношение массовой доли соли и массовой доли воды в готовом продукте должно составлять:

S > 0,34 • W,

где S - массовая доля соли, %; W - массовая доля воды, %.

Библиографический список

1. Дакуорт Р. Б. Вода в пищевых продуктах / пер. с англ. М. : Пищевая пром-сть. 1980. 376 с.

2. Пищевые продукты с промежуточной влажностью / под ред. Р. Девиса, Г. Берга, К. Паркера ; пер. с англ. А. Н. Иваненко ; под ред. А. Ф. Наместникова. М. : Пищевая пром-сть, 1980. 208 с.

3. Prediction of water activity of osmotic solutions / A. M. Sereno, M. D. Hubinger, J. F. Comesana, A. Correa // Journal of Food Engineering. 2001. V. 49. Р. 103-114.

4. Water activity of Belgian meat products: relationship with some physical-chemical or microbiological parameters / A. Clinouart [et al.] // 44th International Congress of Meat Science and Technology. Barselona. 1998. V. I. P. 442-443.

5. Гришина И. В. Разработка ресурсосберегающей технологии рыбных колбас холодного копчения из вторичных продуктов рыбопереработки : дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2011. 135 с.

6. Взаимосвязь показателя активности воды и содержания хлорида натрия в модельных мясных системах / Е. В. Фатьянов, Р. Е. Тё, В. И. Царьков, А. В. Евтеев, А. В. Царькова // Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы : сб. ст. VI Всерос. науч.-практ. конф. Ч. II / под ред. И. Л. Воротникова. Саратов, 2012. 252 с.

7. Lupin H. M., Boeri R. L., Moschiar S. M. Water activity and salt content relationship in moist salted fish products // International Journal of Food Science & Technology. 1981. V. 16. Р. 31-38.

8. Технология продукции общественного питания. В 2 т. Т. 1 / Ратушный А. С. [и др.]. М. : Мир, 2003. 351 с.

References

1. Dakuort R. B. Voda v pishhevyh produktah [Water in food products] / per. s angl. M. : Pishhevaja prom-st'. 1980. 376 p.

2. Pischevye produkty s promezhutochnoy vlazhnostyu [Food products with intermediate moisture] / pod red. R. Devisa, G. Berga, K. Parkera ; per. s angl. A. N. Ivanenko ; pod red. A. F. Namestnikova. M. : Pischevaya prom-st, 1980. 208 p.

3. Prediction of water activity of osmotic solutions / A. M. Sereno, M. D. Hubinger, J. F. Comesana, A. Correa // Journal of Food Engineering. 2001. V. 49. Р. 103-114.

4. Water activity of Belgian meat products: relationship with some physical-chemical or microbiological parameters / A. Clinouart [et al.] // 44th International Congress of Meat Science and Technology. Barselona. 1998. V. I. P. 442-443.

5. Grishina I. V. Razrabotka resursosberegayuschey tehnologii rybnyh kolbas holodnogo kopcheniya iz vtorichnyh produktov rybopererabotki [Development of resource saving technologies of smoked fish sausages made of secondary products] : dis. ... kand. Tehn. nauk. SPb., 2011. 135 p.

6. Vzaimosvyaz pokazatelya aktivnosti vody i soderzhaniya hlorida natriya v modelnyh myasnyh sistemah [Correlation of water activity index and the sodium chloride content in meat model systems] / E. V. Fatyanov, R. E. Tyo, V. I. Tsarkov, A. V. Evteev, A. V. Tsarkova // Agrarnaya nauka v XXI veke: problem i perspektivy : sb. St. VI Vseros. Nauch.-prakt. Konf. Ch. II / pod red. I. L. Vorotnikova. Saratov, 2012. 252 p.

7. Lupin H. M., Boeri R. L., Moschiar S. M. Water activity and salt content relationship in moist salted fish products // International Journal of Food Science & Technology. 1981. V. 16. Р. 31-38.

8. Tehnologiya produktsii obschestvennogo pitaniya [Technology of catering products]. V 2 t. T. 1 / Ratushnyiy A. S. [i dr.]. M. : Mir, 2003. 351 p.

Сведения об авторах

Степаненко Екатерина Игоревна - ул. Дм. Донского, 5, Калининград, Россия, 236022; Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (АтлантНИРО), науч. сотрудник; e-mail: katestepanenko@yandex.ru, e.stepanenko@atlantniro.ru

Stepanenko E. I. - 5, Dm. Donskoi Str., Kaliningrad, Russia, 236022; Atlantic Research Institute of Fisheries and Oceanography (AtlantNIRO), Researcher; e-mail: katestepanenko@yandex.ru, e.stepanenko@atlantniro.ru

Андреев Михаил Павлович - ул. Дм. Донского, 5, Калининград, Россия, 236022; Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (АтлантНИРО), д-р техн. наук, зам. директора; e-mail: andreev@atlantniro.ru

Andreev M. P. - 5, Dm. Donskoi Str., Kaliningrad, Russia, 236022; Atlantic Research Institute of Fisheries and Oceanography (AtlantNIRO), Dr of Tech. Sci., Deputy Director; e-mail: andreev@atlantniro.ru

Нехамкин Борис Лазаревич - ул. Дм. Донского, 5, Калининград, Россия, 236022; Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (АтлантНИРО), зав. лабораторией; e-mail: posol@atlantniro.ru

Nekhamkin B. L. - 5, Dm. Donskoi Str., Kaliningrad, Russia, 236022; Atlantic Research Institute of Fisheries and Oceanography (AtlantNIRO), Head of Department; e-mail: posol@atlantniro.ru

BecTHHK MrTy. 2016. T. 19, № 3. C. 657-663. DOI: 10.21443/1560-9278-2016-3-657-663

E. I. Stepanenko, M. P. Andreev, B. L. Nekhamkin

Basis for calculating technological parameters of preparation of minced salted fish products of intermediate moisture with specified physical

and chemical characteristics

The dependence of water activity on basic physical and chemical characteristics of salted fish products with intermediate moisture has been defined. During the research the product quality has been assessed by the organoleptic method; determination of the water mass fraction has been carried out by the drying method; the salt mass fraction - by the argentometric method; water activity has been measured by a cooled mirror dew-point sensor. Based on experimental data the dependence of Aw on concentration of sodium chloride in the salt semifinished products of pollock (Theragra chalcogramma), Atlantic herring (Clupea harengus), Baltic cod (Gadus morhua callarias), blue whiting (Micromesistius), pink salmon (Oncorhynchus gorbuscha), horse mackerel (Trachurus trachurus) has been established. The empirical formula showing the correlation of the parameter (Aw) with mass fraction of sodium chloride and water has been derived; on its basis it is possible to calculate the parameters of semi-finished product in order to obtain a final minced salt product of intermediate moisture with desired microbial stability upon storage. The relations between the salt mass fraction and water mass fraction excluding bacterial spoilage and mold growth has been determined, they make up S > 0,135 • W and S > 0,34 • W respectively, where S - the mass fraction of salt, %, W - the mass fraction of water, %. An example of calculating the required dosage of sodium chloride in the semi-finished minced salmon has been described to produce the finished product with the exactly given values of humidity and water activity. During the process of minced salted fish products' dehydration the basic physical and chemical parameters - the mass fraction of salt and water affecting the water activity (Aw) - have been changing. Determination of these parameters' relationship provides the ability to predict the qualitative changes of salted fish products of intermediate moisture during storage and to calculate the necessary parameters of salted semi-finished product preparing.

Key words: minced salted fish products, intermediate moisture, water activity, salt mass fraction, water mass fraction, microbiological safety.