СПОСОБ ПОДГОТОВКИ МОРСКИХ ЗВЕЗД К ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF PREPARING STARFISH TO INDUSTRIAL PROCESSING (OPTIONS)

Изобретение относится к рыбообрабатывающей промышленности, в частности к способам подготовки выловленных морских звезд к их дальнейшей переработке, например для приготовления кормовых добавок. Роль морских звезд в морских сообществах весьма заметна в силу их большой численности. Будучи хищниками и образуя большие скопления, они могут значительно изменять состав донной морской фауны.
Особенно большой ущерб морские звезды наносят плантациям по разведению устриц и морских гребешков. В связи с этим возникает необходимость в освобождении от них, так как зачастую морские звезды уничтожают всех выращиваемых в марикультуре моллюсков.
В живом состоянии звезды ни для кого не служат пищевым объектом. В их теле содержится чрезвычайно ядовитые вещества - астеросапонины.
В результате звезды оказываются практически неуязвимыми и поэтому, являясь консументами второго порядка, находятся у вершины "пищевой пирамиды" моря.
В то же время морские звезды представляют интерес в качестве источника белков, липидов, макро- и микроэлементов и биологически активных веществ для создания пищевых, кормовых продуктов и биологически активных добавок. Гонады морских звезд отличаются от других частей тела содержанием комплекса соединений высокой биологической активности - липидов, фосфолипидов, гликозидов, каротиноидов, витамина Е.
Целесообразной переработкой этих частей тела морских звезд следует считать экстракцию полной липидной фракции с последующим ее разделением на каротиноиды, гликозиды и разработкой на их основе пищевых добавок и медицинских препаратов.
Известны способы получения водо- и жирорастворимых биологически активных комплексов из морских звезд.
Известен способ получения биологически активных пептидов коллагена, заключающийся в том, что морскую звезду Patiria pectinifera вначале обезвоживают 96% этиловым спиртом, затем выполняют необходимые операции для получения целевого продукта, а именно: деминерализируют 1-2 N раствором минеральной кислоты при соотношении сырье: минеральная кислота 1:(3-5) в течение 1-3 суток, деминерализованное сырье отмывают от следов кислоты и водорастворимых примесей дистиллированной водой, далее сырье гидролизуют раствором щелочи при соотношении сырье: раствор щелочи 1:(3-5) для удаления неколлагеновых белков, затем депротеинизированное сырье отмывают дистиллированной водой при температуре 2-4°С, полученные коллагеновые остовы гомогенизируют, гомогенат разбавляют дистиллированной водой, доводят рН суспензии до 8,0-8,5 раствором щелочи и гидролизуют 1% раствором коллагеназы при соотношении гомогенат-фермент (100-200):1 и температуре 30-40°С в течение 3-5 ч, рН 8,5-7,0, затем фермент инактивируют при 80-90°С в течение 10-15 мин, далее раствор гидролизата фильтруют для удаления негидролизованного коллагена, подвергают ультрафильтрации через мембранный фильтр 30 кДа для удаления деактивированного фермента, затем целевой продукт концентрируют в вакууме и лиофилизируют (Патент РФ №2509775).
Недостатком данного способа является использование для первичного обезвоживания 96%-ного этилового спирта, что может приводить к частичной потере биологически активных компонентов.
Известен способ получения каротиноидного комплекса из морских звезд вида Patiria pectinifera, включающий обезвоживание этиловым спиртом, экстрагирование этиловым спиртом с добавлением пищевой кислоты и аскорбиновой кислоты, фильтрование, концентрирование в вакууме. Затем полученный концентрат разбавляют дистиллированной водой и пропускают через колонку с полихромом-1, сорбент промывают градиентом этилового спирта, а целевой продукт элюируют этиловым спиртом, элюат упаривают в вакууме, полученный концентрат растворяют в этиловом спирте, отстаивают, центрифугируют, этанольный раствор упаривают в вакууме при определенных условиях (Патент РФ 2469732).
Недостатком данного способа является использование для первичного обезвоживания 96%-ного этилового спирта, что может приводить к частичной потере каратиноидов, поскольку они хоть и плохо, но могут растворяться в спирте. Способ является дорогостоящим и не исключает потерь из каротиноидного комплекса в процессе обезвоживания.
Наиболее близким, по мнению авторов изобретения, является Способ переработки морских звезд для получения белково-минеральной кормовой добавки из звезд, обитающих в Баренцевом море: Asterias rubens, Crossaster papposus, Urasterias lincki, Solaster endeca, Hippasteria phygiana. Собственно кормовую добавку готовят измельчением высушенных морских звезд. Этому предшествуют следующие подготовительные технологические операции: разбор улова, промывка морской водой, освобождение от воды стеканием, сортировка и фасование морских звезд, замораживание и хранение до востребования; перед собственно производством кормовой добавки звезды дефростируют, освобождают от дефростационной влаги стеканием; затем следует сушка, измельчение, упаковка полученной кормовой добавки (целевого продукта). Звезды замораживают до температуры минус 14°С и хранят при этой температуре не более 12 месяцев. Перед производством целевого продукта их размораживают в воде до температуры 0 - минус 1°С или на воздухе при температуре 18-20°С в течение 3-3,5 часов и направляют на инфракрасную сушку при температуре 60°С в течение 4 часов до содержания воды в продукте менее 10%. Высушенные звезды измельчают до порошка с размером частиц 0,01-2 мм, упаковывают и хранят при температуре не выше 20°С не более 24 месяцев при относительной влажности не более 85%. Полученный белково-минеральный кормовой продукт из морских звезд получил название «Астериафоддер» (И.В. Голяк. Технология переработки морских звезд для получения белково-минеральной кормовой добавки. В сборнике «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья». Материалы Международной научно-технической конференции. Владивосток. Дальрыбвтуз. 2011 г. стр. 69-71).
Недостатком способа является то, что в данной технологии используются такие энергоемкие процессы как замораживание и сушка, связанные с фазовым превращением воды в лед или пар. Кроме того, требуются дополнительные эксплуатационные затраты при холодильном хранении и транспортировании мороженой продукции.
Особенностью биологического строения иглокожих является амбулакральная система, к основной функции которой относится двигательная, осуществляемая амбулакральными ножками. Амбулакральная система морской звезды наполнена водой под небольшим давлением. Кроме того, полость тела морской звезды содержит полостную жидкость с многочисленными амебоидными клетками. (Жизнь животных: в 6-ти томах. - М.: Просвещение. Под редакцией проф. Н.А. Гладкова, А.В. Михеева. 1970).
Авторами настоящей заявки обнаружено, что после вылова морских звезд в процессе их хранения в емкостях происходит выделение звездами значительного количества биологической жидкости. Морские звезды остаются живыми длительное время (более 48 часов), при этом звезды занимают все пространство на дне емкости, образуя плотный пласт практически без полостей, а выделившаяся жидкость почти полностью покрывает поверхность звезд. После удаления жидкости из емкости спустя некоторое время вновь наблюдается выделение звездами жидкости. Так, некоторое время, живые звезды, выделяя жидкость из амбулакральной системы, создают себе среду для выживания.
Разрушение амбулакральных ножек и покровной ткани с последующим стеканием или центрифугированием позволяет удалить воду из амбулакральной системы и полостную жидкость (биологические жидкости), прекратив, таким образом, самообводнение морских звезд.
Задача настоящего изобретения состоит в разработке нового способа подготовки морских звезд к промышленной переработке, позволяющего уменьшить энергетические затраты при замораживании морских звезд перед холодильным хранением.
Для решения поставленной задачи в заявляемом способе подготовки морских звезд к промышленной переработке, включающем промывание звезд морской водой, освобождение от промывной воды стеканием, замораживание и хранение, согласно изобретению перед замораживанием живые звезды укладывают в перфорированные емкости и выдерживают в них в течение 6-36 часов при температуре от 0 до +28°С для удаления выделившейся биологической жидкости.
Поставленную задачу возможно решить и другим вариантом, когда перед замораживанием звезды подвергают тендеризации, укладывают в перфорированные емкости и выдерживают в них в течение 0,5-8,5 часов для стекания биологической жидкости, либо биологическую жидкость удаляют центрифугированием при числе оборотов ротора не менее 400 об/мин.
Механическая тендеризация заключается в накалывании или отбивании сырца на различного рода устройствах: валиках с насечкой или с клиновидными зубьями, пластинах с рифленой поверхностью или оснащенных иглами. В результате тендеризации происходит частичное разрушение соединительно-тканных структур, разрыхление и разволокнение элементов ткани.
Установлено, что в результате выдерживания живых морских звезд или механической обработки с последующим стеканием либо центрифугирования звезды теряют от 18 до 40% жидкости от массы тела.
Способ осуществляют следующим образом.
Поднятый из морской среды улов морских звезд сортируется, очищается от посторонних объектов, промывается морской водой, выдерживается в течение нескольких минут для стекания последней. Затем звезды укладывают в перфорированные емкости, в которых выдерживают при температуре от 0 до +28°С в течение 6-36 часов. За этот период еще живые звезды выделяют максимально возможное для них количество биологической жидкости, которое удаляется стеканием через перфорацию, затем звезды замораживают и хранят до переработки. Процесс обезвоживания может быть интенсифицирован, для этого: морские звезды перед укладыванием в перфорированные емкости подвергают механическому разрушению тендеризацией, в результате этого продолжительность удаления биологической жидкости стеканием сокращается и составляет от 0,5 до 8,5 часов. Если же звезды сразу после механической тендеризации подвергнуть центрифугированию при числе оборотов ротора не менее 400 об/мин, то выдержка для стекания биологической жидкости не требуется.
После освобождения морских звезд от выделившейся биологической жидкости (амбулакральной по первому варианту и смеси амбулакральной и полостной по второму варианту) звезды замораживают и хранят для дальнейшей переработки до востребования. Поскольку обводнение морских звезд перед замораживанием существенно снижается, то и энергозатраты на их заморозку снижаются.
Ниже приведены примеры по обезвоживанию морских звезд путем выдерживания живых организмов в перфорированных емкостях (1-4) и с применением тендеризации (5-6), а также - порядок расчета энергетических затрат на замораживание морских звезд до и после освобождения от биологической жидкости, приведенный из расчета на 1000 кг сырья (морская звезда).
Пример 1. Извлеченные из улова морские звезды (Evasterias echino-soma) промыли морской водой, освободили от морской воды стеканием. Отобрали морские звезды в количестве 24 шт. средней массой 54 г (общая масса 1300 г) поместили в открытую емкость (куботейнер 25 литров) и выдерживали при температуре окружающего воздуха от +12 до +14°С в течение 24 часов. В течение указанного периода морские звезды оставались живыми, при этом заняли все пространство на дне емкости, образовав плотный пласт практически без полостей. Наблюдалось выделение биологической жидкости морских звезд, которая почти покрыла поверхность звезд. Количество выделившейся из звезд жидкости, слитой в поддоны, составило 18% к массе сырья. Освободившиеся от внутренней влаги морские звезды направляют на замораживание до температуры -18°С и последующее холодильное хранение. Поскольку обводнение морских звезд существенно снизилось (на 18%), то и энергозатраты на их заморозку снижаются.
Пример 2. Очистку улова проводят как в примере 1.
Выловленные морские звезды (Patiria pectinifera) выдерживали при температуре окружающего воздуха 25-28°С на перфорированной поверхности (сито). Звезды остаются живыми без видимых изменений в течение всего периода наблюдений в течение 18 часов. Количество выделившейся из звезд жидкости, слитой в поддоны, составило 22,5% к массе сырья. Освободившиеся от внутренней влаги морские звезды направляют на замораживание до температуры -18°С и последующее холодильное хранение. Поскольку обводнение морских звезд существенно снизилось (на 22,5%), то и энергозатраты на их заморозку снижаются.
Пример 3. Очистку улова проводят как в примере 1.
Выловленные морские звезды двух биологических видов (Patiria pectinifera и Evasterias echinosoma) выдерживали 6 часов в холодильной камере при температуре воздуха 0-4°С на перфорированной поверхности (сито). Звезды оставались живыми без видимых изменений. Количество выделившейся в течение 6 часов жидкости составило: для звезды Evasterias echinosoma 35%, для звезды Patiria pectinifera - 22% к массе сырья. Освободившиеся от внутренней влаги морские звезды направляют на замораживание до температуры -18°С и последующее холодильное хранение. Поскольку обводнение морских звезд существенно снизилось (35% и 22%), то и энергозатраты на их заморозку снижаются.
Пример 4. Выловленные морские звезды (Evasterias echinosoma) общей массой 8 кг после стекания укладывали в емкость (куботейнер 25 литров), охлаждали и выдерживали 36 часов при температуре 0-2°С. Звезды остаются живыми без видимых изменений, занимают все пространство на дне емкости, образуя плотный пласт практически без полостей. Наблюдали выделение жидкости, которая почти покрывает поверхность звезд. Количество выделившейся в течение 36 часов жидкости составило 40% к массе сырья. Освободившиеся от внутренней влаги морские звезды направляют на замораживание до температуры -18°С и последующее холодильное хранение. Поскольку обводнение морских звезд существенно снизилось (40%), то и энергозатраты на их заморозку снижаются.
Пример 5. Выловленные морские звезды (Patiria pectinifera, Evasterias echinosoma) после стекания подвергали механическому воздействию - тендеризации (отбивали на твердой поверхности до размягчения тканей). Определялй потери массы, выдерживая образцы на перфорированной поверхности в течение 8,5 часов при температуре 0-4°С. Результаты отражены в таблице.
Как видно из таблицы, потери массы за счет выделения жидкости после тендеризации составляют 18,3-19,1% у Evasterias echinosoma и 26,4-30,5% у Patiria pectinifera. После стекания на перфорированной поверхности в течение 3,5 часов потери массы составили 30,0-32,0% и 30,9-35,1% соответственно. Дальнейшее выдерживание до 8,5 часов после тендеризации позволяет отделить воду до 36,6 и 39,8% от массы исходного сырья.
Освободившиеся от внутренней влаги морские звезды направляют на замораживание до температуры -18°С и последующее холодильное хранение. Поскольку обводнение морских звезд существенно снизилось, то и энергозатраты на их заморозку снижаются
Пример 6. Выловленные морские звезды (Patiria pectinifera) после стекания подвергали механическому воздействию - тендеризации (отбивали на твердой поверхности до размягчения тканей). Определяли потери массы после центрифугирования в течение 2 минут при скорости 400 оборотов в минуту. Потери массы за счет удаления жидкости составили 40 %. Поскольку обводнение морских звезд существенно снизилось, то и энергозатраты на их заморозку снижаются.
Расчет энергетических затрат на замораживание морских звезд
Исходные данные:
масса сырья (морская звезда) - 1000 кг;
содержание воды в морской звезде Evasterias echinosoma (Эвастерия колючая) - 78%;
содержание сухих веществ - 22%;
потери воды при выдерживании живых морских звезд - 18% от их массы, механической тендеризации и стекания - 40% от массы звезд.
0
Количество воды, которое необходимо охладить до температуры минус 1°C-W=780 кг.
Количество воды, которое необходимо заморозить и охладить до температуры минус 18°С при замораживании морских звезд без подготовки (выдерживания или ударного механического воздействия и стекания):
в твердое состояние при замораживании до минус 18°С переходит около 85% всей воды, т.е. W=780 кг·0,85=663 кг.
Расчет количества теплоты проводим по формуле
где Q - количество теплоты на замораживание,
0
W - масса охлаждаемой воды, кг,
W - масса замораживаемой воды, кг,
q - удельная теплота кристаллообразования, кДж/кг.
л
С - теплоемкость льда, кДж/кгК,
нач
t - температура начальная,°С,
кp
t - температура кристаллизации,°С,
к
t - температура конечная,°С,
Q=4,19·780·(5-(-1))+663·335,2+2,10·663(-1-(-18))=265508,9 кДж.
0
Количество воды, которое необходимо охладить до температуры минус 1°С-W=780-180=600 кг.
Количество воды, которое необходимо заморозить и охладить до температуры минус 18°С при замораживании морских звезд без подготовки (выдерживания или ударного механического воздействия и стекания):
в твердое состояние при замораживании до минус 18°С переходит около 85% всей воды, т.е. W=600 кг·0,85=510 кг.
Q=4,19·600·(5-(-1))+510·335,2+2,10·510·(-1+(-18))=204243,0 кДж.
0
Количество воды, которое необходимо охладить до температуры минус 1°C-W=780-400=380 кг.
Количество воды, которое необходимо заморозить и охладить до температуры минус 18°С при замораживании морских звезд без подготовки (выдерживания или ударного механического воздействия и стекания):
в твердое состояние при замораживании до минус 18°С переходит около 85% всей воды, т.е. W=380 кг·0,85=323 кг.
Q=4,19·380·(5-(-1))+323·335,2+2,10·323·(-1+(-18))=129353,9 кДж.
Количество теплоты 265508,9 кДж принимаем за 100%, тогда Q - 204243,0 кДж составляет 76,9%, Q - 129353,9 кДж составляет 48,7%,
следовательно, расход теплоты на замораживание морских звезд после выдерживания живых морских звезд или ударного механического воздействия и стекания снижается на 23-51%.
Поскольку традиционно выловленные морские звезды сразу подвергают замораживанию для дальнейшего хранения в ожидании востребования в переработку в кормовой или пищевой продукт, то применение изобретения, как показывают приведенные расчеты, позволяет получить малообводненное сырье, чем значительно снизить энергозатраты на замораживание.
Таким образом, заявляемый способ подготовки морских звезд к промышленной переработке обеспечивает снижение энергоемкости процесса замораживания - на 23% при простой выдержке и на 51% при выдержке после механической тендеризации.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в том, что разработан новый способ подготовки морских звезд к промышленной переработке, позволяющий уменьшить энергетические затраты при замораживании морских звезд как сырьевого объекта перед холодильным хранением. В первом варианте - за счет выдерживания еще живых звезд в перфорированных емкостях, используя физиологическое свойство морских звезд - способность выделять биологическую жидкость, создавая себе среду для выживания вне водоема. Во втором варианте - за счет того, что перед замораживанием звезды подвергают тендеризации, укладывают в перфорированные емкости и выдерживают в них. Оба варианта предполагают удаление выделившейся биологической жидкости перед замораживанием.