Управление качеством копченой продукции на основе моделирования технологических процессов

1

УДК 664.95

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ КОПЧЕНОЙ ПРОДУКЦИИ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Е.В. Глебова, Э.Н. Ким, Дальрыбвтуз, Владивосток

Использование системно-комплексного подхода в проблемах решения качества и безопасности пищевых продуктов является наиболее перспективным. Управление качеством копченой продукции на основе моделирования технологических процессов ее производства позволяет научно обосновать рациональные параметры процессов производства рыбы с применением коптильных препаратов с учетом комплексного показателя качества копченой продукции.

В настоящее время среди множества проблем, связанных с обеспечением населения страны полноценным и рациональным питанием, в центре внимания науки и производства находится проблема качества и безопасности пищевых продуктов.

Одним из наиболее перспективных подходов к решению указанной проблемы в области производства копченых рыбных продуктов является разработка системно-комплексного метода управления качеством на основе моделирования технологических процессов применения коптильных препаратов при обработке сырья водного происхождения (Ким Э.Н. и др., 2005).

Основными этапами создания такого метода управления являлось:

- определение наиболее перспективных современных коптильных препаратов для рыбной отрасли;

- разработка комплексного показателя качества для основных групп копченых рыбных продуктов;

- разработка алгоритма комплексного показателя качества и программы его автоматизированного расчета;

- разработка математических моделей технологических процессов обработки сырья современными коптильными препаратами;

- определение оптимальных параметров копчения и реализация результатов исследований в производство.

Исследование химического состава и технологических свойств коптильных препаратов позволил определить в качестве наиболее перспективных с точки зрения обеспечения безопасности и формирования специфических свойств копченых рыбных продуктов следующие коптильные препараты: «Scansmoke PB 1145», «Scansmoke PB 2110», «ВНИРО», «Smoke Ez Supreme Poly C», «Smoke EZ PN 9» и «Жидкий дым».

2

Вследствие проведенного анализа нормативно-технической документации на основные виды копченой продукции в качестве составляющих модели комплексного показателя качества выбраны те, которые оказывают наибольшее влияние на качество копченой продукции (Холоша О.А., 2006; Глебова Е.В., 2006).

Учитывая многочисленность определяющих частных факторов, выбранный метод их обобщения представлен в табл. 1.

Состав комплексного показателя качества требует уточнений в зависимости от группы оцениваемой продукции путем исключения отдельных незначимых факторов. Оценка каждого частного показателя качества копченого продукта проводилась известными методами, рекомендованными для указанных целей (Методы анализа

и др., 2004).

На основании проведенного анализа номенклатуры показателей качества и безопасности рыбной продукции предложена формула для расчета оценки качества в виде комплексного показателя:

где Х( - оценка частных показателей качества; / - номер показателя; п - количество показателей.

С целью приведения всех составляющих КПК к безразмерным величинам использовали функцию желательности Харрингтона (рисунок) (Адлер Ю.П., 1976):

Значение частного отклика, переведенное в безразмерную шкалу желательности ^ (и = 1, 2,...п), называется частной желательностью.

Обобщенная функция желательности задается как среднее геометрическое частных желательностей.

Для автоматизации расчета КПК разработан авторский программный комплекс «Расчет комплексной оценки качества копченой продукции из гидробионтов», зарегистрированный в Национальном информационном фонде неопубликованных документов (Ким Э.Н., Глебова Е.В., Осипов Е.В, 2006).

Ким

X, = ехр -ехр -у

3

Алгоритм расчета КПК

Уровень Формулы расчета Показатели

I КПК =i]X, хХ2 Xi - качество продукции Х2 - безопасность продукции

II Х1=^хУ2хУ3 Х2=^У4хУ5 Yi - органолептическая ценность продукта Y2 - пищевая ценность продукта Y3 - степень сохранности первоначальных свойств продукции Y4 - химическая безвредность продукта Y5 - микробиологическая безвредность продукта

III у;=^/у1ху2ху3ху У2 = ув Уз =<Jy7 хУа хУв У наружные повреждения 'Уг- Оценка вкуса продукции Y3- оценка внешнего вида продукции Y4- оценка запаха продукции Y5- оценка консистенции продукции Y6- питательная ценность продукта Y7- оценка степени накопления гистамина при хранении Уз- оценка степени накопления продуктов окисления липидов при хранении Yg- оценка изменения органолептической ценности продукта при хранении

У Л ~ у/Ую--- Х Уі9 Y5 = %Jy2 r..x ...y27 Ую - свинец У-ii - мышьяк Y12- кадмий Y13 - ртуть Y14 - гистамин Y15 -бенз(а)пирен Y16 - полихлорированные бифенилы Y17 - радионуклиды Y18 - нитрозамины Yig - олово У20- уровень колониеобразующих единиц дрожжей Y21- уровень КМАФАнМ Y22- уровень БГКП Y23- уровень E.coli Y24- уровень S.aureus Y25- уровень Proteus Y26- уровень сальмонеллы и L.monocytogenes Y27- уровень колониеобразующих единиц плесени

4

1,0

0,99 «1.00

» 0,90 » 0.00 » 0,60 » О.ВО

б -5 -4 -3 -2 -1 О 1 2 3 4 5 б V

С учетом механизма формирования специфических свойств копченых изделий в процессе обработки сырья современными коптильными препаратами (Ким Э.Н., 1998) были определены

определяющие параметры копчения для различных способов копчения.

В качестве математических моделей процессов обработки полуфабрикатов коптильными препаратами использовали уравнение регрессии второго порядка:

КПК = ао + 31X1 + Э2Х2 + З12Х1Х2 + З11Х12 + 322X2',

где ао, а1, а2, а12, ац, а12 - коэффициенты уравнений; х1, Х2 -параметры процессов копчения; КПК - комплексный показатель качества копченой продукции.

Для построения математической модели процесса холодного копчения рыбного филе иммерсионным способом в соответствии с ортогональным композиционным центральным планом (ОКЦП) эксперимента, при различных параметрах обработки коптильной средой (температура (Х1) 5, 15, 25 С; продолжительность (Х2) 1, 3, 5 мин) были изготовлены образцы подкопченного филе терпуга.

Значения коэффициентов регрессии (табл. 2) позволяют представить процесс производства подкопченного филе терпуга иммерсионным способом с использованием различных коптильных препаратов в виде уравнений, описывающих данный технологический процесс.

Функция желательности

5

Таблица 2

Значения коэффициентов регрессии математической модели процесса холодного копчения иммерсионным способом

№ п/п Коптильный препарат ao ai a2 aii а22 а12

1 «Scansmoke PB 1145» 0,91 -0,02 -0,047 0,047 -0,025 0,001

2 «Scansmoke PB 2110» 0,774 0,037 0,0363 0,021 -0,09 -0,006

3 «ВНИРО» 0,831 0,038 0,0135 -0,004 -0,045 0,031

4 «Smoke Ez Supreme Poly C» 0,746 0,012 -0,086 0,037 -0,07 -0,05

5 «Smoke EZ PN 9» 0,653 -0,025 -0,008 -0,07 -0,067 -0,013

6 «Жидкий дым» 0,697 0,115 0,052 -0,032 -0,02 -0,022

Аналогично при различных параметрах подсушки и копчения (температура (Х-|) 14, 18, 22 0С; продолжительность подсушки (Х2) 60, 90, 120 мин) были изготовлены образцы подкопченного филе терпуга дисперсионным способом.

Для получения подкопченной продукции осуществляли 10 циклов распыления коптильного препарата, продолжительность каждого цикла распыления составляла 20 с, а продолжительность последующей рециркуляции - 5 мин, при этом общий расход коптильного препарата за весь цикл копчения составляет 2-2,5 % от массы обрабатываемого полуфабриката в камере.

Значения коэффициентов регрессии (табл. 3) являются коэффициентами уравнений описывающих данный технологический процесс.

Таблица 3

Значения коэффициентов регрессии математической модели процесса холодного копчения дисперсионным способом

№ п/п Коптильный препарат ao ai а2 aii а22 а12

1 «Scansmoke PB 2110» 0,708 0,062 0,033 -0,07 -0,02 -0,02

2 «ВНИРО» 0,8 0,03 -0,009 -0,12 -0,03 0,011

3 «Smoke Ez Supreme Poly C» 0,81 -0,072 -0,025 -0,028 -0,02 0,003

4 «Smoke EZ PN 9» 0,705 0,057 0,004 -0,06 0,015 0,03

5 «Жидкий дым» 0,729 0,094 0,024 -0,003 -0,018 -0,036

Оценка эффективности применения коптильных препаратов в технологии горячего копчения проводилась при различных параметрах

9

подсушки и копчения (температура (Х|) 80, 90, 100 0С;

продолжительность подсушки (Х2) 20, 60, 100 мин) дисперсионным способом. Количество циклов распыления коптильного препарата составляло 3-5, продолжительность каждого цикла составляла 20 с, а продолжительность последующей рециркуляции - 5 мин, при этом общий расход коптильного препарата за весь цикл копчения составляет 3 % от массы обрабатываемого полуфабриката в камере.

Рассчитанные коэффициенты регрессии математических моделей технологических процессов производства рыбы горячего копчения дисперсионным способом с использованием различных коптильных препаратов (табл. 4) позволяют представить этот процесс в виде полинома второго порядка, который показывает зависимость уровня качества готовой продукции от применяемых технологических параметров.

Таблица 4

Значения коэффициентов регрессии математической модели процесса горячего копчения дисперсионным способом

№ п/п Коптильный препарат ао а а2 aii а22 ^12

1 «Scansmoke PB 2110» 0,775 0,135 0,044 0,035 0,017 0,05

2 «ВНИРО» 0,88 0,48 0,0064 -0,039 -0,064 0,005

3 «Smoke EZ Supreme Poly С» 0,824 0,002 0,008 -0,12 -0,15 0,07

4 «Smoke EZ PN 9» 0,759 0,033 0,01 -0,035 0,046 не зн.

5 «Жидкий дым» 0,79 0,17 0,05 -0,033 1,59 0,03

В соответствии с математическим планом эксперимента при различных параметрах ароматизации масла коптильными препаратами (температура ароматизируемого масла (Xi) 20, 30, 40 0С; и

соотношением в системе масло: коптильный препарат (X2) 1:1, 2:1. 3:1) были изготовлены образцы пресервов. Ароматизацию масла осуществляли при перемешивании компонентов в течение 20 мин и нагреванием, после чего масляную фазу отделяли от водной отстаиванием или центрифугированием.

Значения коэффициентов регрессии, математической модели процесса производства пресервов с использованием коптильных препаратов представлены в табл. 5.

Проверка адекватности уравнений (табл. 2-5) реальным процессам производства показала, что расчетное значение критерия Фишера (Fp) меньше табличного и доказывает приемлемость полученных уравнений для реальных технологических процессов.

Для оценки эффективности коптильных препаратов при производстве копченой продукции различных ассортиментных групп осуществляли математический анализ полученных моделей процессов

7

копчения. С этой целью использовали пакет прикладных программ MS Excel с надстройкой «поиск решения», что позволило произвести нахождение корней действительного уравнения при заданных значениях функции. Полученные значения КПК математических моделей процессов представлены в табл. 6.

Таблица 5

Значения коэффициентов регрессии математической модели процесса производства пресервов

№ п/п Коптильный препарат ao a, a2 aii a22 a,2

1 «Scansmoke PB 2110» 0,74 0,074 0,021 -0,07 -0,18 -0,024

2 «ВНИРО» 0,728 0,048 0,139 0,009б 0,148 0,390

3 «Smoke EZ Supreme Poly С» 0,78 0,11 0,02 -0,08 -0,09б 0,0б3

4 «Smoke EZ PN 9» 0,74 0,0б9 0,081 0,003 -0,183 0,11

б «Жидкий дым» 0,88 0,17 0,0б 0,023 -0,0б -0,03

б «Scansmoke PB 1145» 0,739 0,102 0,00б9 -0,087 0,034б 0,042

Таблица 6

Значения КПК процессов копчения

№ Коптильный Технологический процесс

п/п препарат Холодное Холодное Горячее Производс

копчение, копчение, копчение, тво

иммерсио дисперсио дисперсио пресервов

нный нный нный с

способ способ способ ароматом копчения

1 «ВНИРО» 0,8793 0,8999 0,9б34 0,9127

2 «Жидкий дым» 0,782б 0,84б3 0,8б94 0,7723

3 «Scansmoke PB 2110» 0,77б3 0,8393 0,9900 0,7438

4 «Scansmoke PB 1145» 0,9900 - - 0,794б

б «Smoke EZ Supreme Poly С» 0,7984 0,8б49 0,7820 0,9784

б «Smoke EZ PN 9» 0,8б34 0,8б13 0,7б04 0,9б31

С учетом того, что требуемое качество копченой продукции соответствует значению КПК от 0,8 до 1,0, данные табл. 6 позволяют рекомендовать для производства копчения различными способами следующие коптильные препараты:

- для холодного копчения иммерсионным способом коптильные препараты «ВНИРО», «Smoke EZ PN 9», «Scansmoke PB 1145» (значения КПК составляют 0,8793, 0,8634 и 0,9900 соответственно);

- для холодного копчения дисперсионным способом коптильные препараты «ВНИРО», «Scansmoke PB 2110», «Smoke EZ Supreme Poly С», «Smoke EZ PN 9» и «Жидкий дым» (значения КПК составляют 0,8999, 0,8393, 0,8469, 0,8513 и 0,8463, соответственно);

- для горячего копчения дисперсионным способом коптильные препараты «ВНИРО», «Жидкий дым» и «Scansmoke PB 2110» (значения КПК составляют 0,9634, 0,8694 и 0,9900, соответственно);

- для производства пресервов из разделанной рыбы в масле с ароматом копчения коптильные препараты «ВНИРО», «Smoke EZ PN 9» и «Smoke EZ Supreme Poly С» (значения КПК составляют 0,9127,

0,9631 и 0,9784, соответственно).

Использование коптильных препаратов: «Scansmoke PB 2110», «Жидкий дым», «Smoke EZ Supreme Poly С» в процессе холодного копчения иммерсионным способом малоэффективно, так как значение КПК готовой продукции ниже 0,8. Коптильные препараты «Smoke EZ PN 9» и «Smoke EZ Supreme Poly С» не позволяют получить продукцию высокого качества в процессе горячего копчения дисперсионным способом. В технологии изготовления пресервов в процессе ароматизации масла не рекомендовано использование коптильных препаратов: «Жидкий дым», «Scansmoke PB 2110» и «Scansmoke PB 1145».

Проведенные исследования позволили обосновать выбор коптильных препаратов, обеспечивающих максимальный уровень качества готовой продукции для конкретного технологического процесса, и обосновать рациональные параметры их использования.

Определение рациональных параметров проводили при значении КПК для конкретного коптильного препарата (см. табл. 6) и 8 минимальном, равном 0,8, которое соответствует нижней границе уровня качества «очень хорошо». Результаты определений приведены в табл. 7.

Промышленная апробация установленных рациональных режимов производства продукции и пресервов с применением коптильных препаратов, проведенная в условиях производственных участков ЗАО «Рыбозавод Большекаменский» (г. Большой Камень) и оОо «Усадьба» (г. Хабаровск), подтвердила результаты экспериментальных и теоретических исследований. Вся продукция соответствовала значениям КПК от 0,8 до 1,0 и отвечала требованиям нормативной документации.

Таким образом, проведенные исследования позволили разработать системно-комплексный метод управления качеством на основе моделирования технологических процессов применения коптильных препаратов при обработке сырья водного происхождения.

9

Определены оптимальные и рациональные параметры применения современных коптильных препаратов при производстве копченой продукции. Разработана нормативная документация на группу копченых рыбных продуктов.

10

Таблица 7

Рациональные параметры технологических процессов

Процесс Коптильный препарат Рациональные параметры КПК

й _0 0 flf х о ие н н ин о ^ tn s с Температур а коптильной среды, 0С Продолжитель ность обработки, мин

о ^ о С с; ? ^ : X ° 2 S S «Scansmoke PB 1145» 22-25 3-4 0,8000-0,9900

«ВНИРО» 12-15 3-4 0,8000-0,8793

«Smoke EZ PN 9» 12-15 3-3,5 0,8000-0,8634

Холодное копчение, дисперсионный способ Температур а подсушки и копчения, 0С Продолжитель ность подсушки, мин

«ВНИРО» 16-18,5 60-74 0,8000-0,8999

«Smoke EZ Supreme Poly С» 14-18 60-69 0,8000-0,8649

«Жидкий дым» 20-22 60-70 0,8000-0,8463

cSmoke EZ PN 9» 20-22 60-65 0,8000-0,8513

cScansmoke PB 2110» 18-20 60-64 0,8000-0,8393

Горячее копчение Температур а подсушки и копчения, 0С Продолжитель ность подсушки, мин

«ВНИРО» 93-95 58-60 0,8000-0,9634

«Scansmoke PB 2110» 90-94 62-65 0,8000-0,9900

«Жидкий дым» 93-96 60-62 0,8000-0,8694

Ароматизация масла Температур а ароматизаци и масла, 0С Соотношение в системе масло : коптильный препарат

«ВНИРО» 29-34 1,8 : 1-1,4 : 1 0,8000-0,9127

«Smoke EZ PN 9» 32-35 1 : 1 0,8000-0,9631

«Smoke EZ Supreme Poly С» 25-27 2,8 : 1-2,4 : 1 0,8000-0,9784

11

Библиографический список

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 279 с.

2. Воробьев В.В. Новые подходы к оценке качества пищевой продукции из гидробионтов // Рыб. хоз-во. 2002. № 4. С. 62-63.

3. Глебова Е.В., Ким Э.Н., Лаптева Е.П., Холоша О.А. Пищевые добавки для рыбной отрасли: Справ. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2006. 117 с.

4. Глудкин О.П., Горбунов И.Н. Всеобщее управление качеством. М.: Радио и связь, 1999. 00 с.

5. Ким Э.Н. Основы бездымного копчения гидробионтов: Моногр. Владивосток: Дальрыбвтуз, 1998. 180 с.

6. Ким Э.Н., Холоша О.А., Лаптева Е.П., Гпебова Е.В. Методология рационального использования пищевых добавок в рыбной отрасли: Науч. тр. Дальрыбвтуза. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2004. Вып. 16. С. 74-78.

7. Ким Э.Н., Холоша О.А., Лаптева Е.П., Глебова Е.В. Влияние комплексной оценки эффективности на выбор оптимальных технологических параметров. Матер. 3-й междунар. науч. конф. «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана». Владивосток: Дальрыбвтуз, 2005. С. 23-24.

8. Ким Э.Н., Холоша О.А., Лаптева Е.П., Глебова Е.В.

Использование пищевых добавок в рыбной отрасли // Изв. ТИНРО, 2006. Т.145.

С. 328-337.

9. Глебова Е.В., Ким Э.Н., Осипов Е.В.. Программный комплекс расчета комплексной оценки качества копченых продуктов. М.: ВНТИЦ, 2006. № 50200602085.