Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Электрофизические методы обработки в технологии пищевых продуктов 11
1.1. Использование электрофизических методов при обработке пищевого сырья 11
1.2. Аэроионый метод обработки пищевых продуктов 25
1.3. Основные закономерности процесса изготовления провесной и вяленой продукции традиционными способами 31
Собственные исследования.. 38
ГЛАВА 2. Направления, объекты и материалы и методы исследова ний 38
2.1. Направления исследований 38
2.2. Объекты и материалы исследований 38
2.3 Методы исследований. 44
ГЛАВА 3. Исследование влияния аэроионов в электрическом поле на морские гидробионты и микроорганизмы 50
3.1. Характеристика исследовательской аэроионной установки для обработки рыбы и беспозвоночных 48
3.2. Обезвоживание мышечной ткани рыбы в электростатическом поле под действием интенсивных потоков аэроионов 57
3.3. Изменение структуры мышечной ткани рыбы под действием интенсивных потоков аэроионов 71
3.4. Изучение влияния аэроионов на микроорганизмы рыбы и рыбопродукции 82
3.5. Влияние аэроионного способа обработки на липиды и белки филе рыб 88
ГЛАВА 4. Обоснование и разработка аэроионной технологии продукции из рыбы и беспозвоночных .99
4.1. Разработка технологии провесного филе рыбы с применением аэроионов 99
4.2. Обоснование технологии филе кальмара вяленого с применением аэроионов 107
4.3. Разработка технологии вяленой икры морских ежей... 110
ГЛАВА 5. Эффективность аэроионной технологии продуктов из морских гидробионтов и оценка их качества 115
5.1. Оценка показателей качества и безопасности продукции аэроионной обработки 115
5.2. Биологическая оценка качества провесной продукции, изготавливаемой традиционным методом и с применением аэроионов 124
5.3. Оценка экономической эффективности провесной продукции аэроионной обработки. 129
Выводы... 136
Литература
- Основные закономерности процесса изготовления провесной и вяленой продукции традиционными способами
- Объекты и материалы исследований
- Обезвоживание мышечной ткани рыбы в электростатическом поле под действием интенсивных потоков аэроионов
- Обоснование технологии филе кальмара вяленого с применением аэроионов
Основные закономерности процесса изготовления провесной и вяленой продукции традиционными способами
В результате отклонения диполей от их равновесного положения в переменном электрическом поле создается термический эффект, а увеличение частоты способствует его усилению (Шерстюк, Беляев, 1971). При повышении температуры в продуктах, в том числе и рыбных, происходят изменения структуры (например, свертывание белка), которые ведут к снижению электропроводности.
Содержание значительного количества воды в гидробионтах при воздействии ВЧ и СВЧ обусловливает большие диэлектрические потери (Брандт, 1963). Диэлектрические потери в однородных диэлектриках связаны в основном с процессами установления поляризации, возникающей при воздействии электрического поля (Скимбов с соавт., 1989). Для полного установления поляризации требуется определенный промежуток времени. В СВЧ- диапазоне ионная и электронная поляризации, как правило, устанавливается за время, меньшее половины полупериода. В связи с этим существенной потери энергии поля не происходит. Поглощение энергии от поляризации происходит на частотах инфракрасного и более короткого диапазона частот, когда частоты собственных колебаний электронов и ионов близки к частоте электрического поля.
В СВЧ-поле диэлектрические потери объясняются в основном сквозной электропроводностью и перемещением слабосвязанных заряженных частиц (Машкович, 1969).
Ферменты, как тканевые, так и микробные, представлены комплексом белковых цепей, которые несут разноименные заряды. В результате электростатического притяжения они способны взаимодействовать между собой с образованием петель (Бут, 1977). При этом активность ферментов значительно изменяется. Скорость реакции ферментов или их разрушение в электрическом поле варьирует в широких пределах (десятки и сотни миллионов раз). Присутствующие на поверхности рыбы микроорганизмы также характеризуются электрическими свойствами, которые зависят от их организации (грибы, бактерии, вирусы, простейшие). Все микробные клетки различаются друг от друга по объему электропроводности и диэлектрической проницаемости (Сант-Дьердьи, 1964). Защитным барьером микробной клетки является мембранная оболочка, которая регулирует поступление питательных веществ и выведение наружу продуктов жизнедеятельности. Электрические свойства микроорганизмов обусловлены наличием в цитоплазме растворенных органических и неорганических веществ, имеющих свой заряд. Особое влияние на электропроводность микробной клетки оказывают ферменты, осуществляющие дыхание и регулирующие многие биохимические процессы в ней. Подобную функцию также осуществляет и цитоплазматическая мембрана, которая является местом синтеза белка, фотосинтеза и усвоения атмосферного азота (Сант-Дьердьи, 1960).
Электрическая энергия, воздействуя на мембрану, способствует ускорению или замедлению дыхания микробных клеток, изменяет процесс синтеза белка, изменяет каталитическое действие ферментов и передачу наследственной информации путем блокирования процесса синтеза нуклеиновых кислот и белка (Варфоломеев, Гуревич, 1999). В результате этого нарушается разумный баланс клетки, ее энергия расходуется на непроизводительную циркуляцию ионов, и в дальнейшем клетка погибает.
Наиболее распространенным в последние десятилетия является способ обработки пищевых продуктов токами ВЧ. В основе метода ВЧ нагрева лежит целенаправленное воздействие электромагнитных волн с часто-той от 1 до 1 х 10 МГц на процессы тепло - и влагопереноса, а также на деятельность тканевых ферментов и микроорганизмов (Нетушил с соавт., 1959). В качестве проводника энергоносителя (электромагнитных волн ВЧ) выступают вода и другие полярные жидкости пищевых продуктов, которые определяют кинетику процесса нагрева. Высокочастотные электромагнитные волны обеспечивают заданный равномерный нагрев продукта по всему объему независимо от градиента его температуры и теплопроводности.
При ВЧ нагреве мышечная ткань или продукт поглощает значительную энергию за короткий промежуток времени. Внутренние источники тепла, создаваемые электрическим полем ВЧ, обусловливают повышение температуры и давления внутри материала и значительное ускорение перемещения воды из внутренних слоев к поверхностным (Павлов, 1963). Применение ВЧ нагрева в пищевой технологии ускоряет термические процессы в обрабатываемом субстрате, повышает производительность труда, качество продукции, снижает потребность в производственных площадях и улучшает санитарно-гигиенические условия труда.
Для интенсификации теплового эффекта электрического поля в технологических процессах в настоящее время используется СВЧ нагрев, частота волн которого превышает 1 хЮ Гц.
В пищевой промышленности диэлектрический нагрев находит применение в самых разнообразных технологических процессах, реализация которых позволяет значительно интенсифицировать производство, на 30 -60 % снизить удельный расход энергии, получать продукцию высокого качества, стабилизировать выход готового продукта (Павлов, 1963).
В настоящее время метод СВЧ нагрева используется для сушки (в том числе вакуумной и сублимационной) фруктов, фруктовых пюре, чая, сахара, соли, мяса, кулинарных изделий, злаковых культур и др. С использованием ВЧ метода осуществляется на предприятиях пищевой промышленности варка мяса, колбас, а также других изделий из мяса птицы и рыбы, а также бланширование овощей и фруктов. СВЧ нагревом проводят стерилизацию хлеба, консервов и посуды, пастеризацию вина, пива, молока, холодных маринадов, фруктовых пюре и соков. Известно применение этого метода при изготовлении кулинарных изделий, мясных экстрактов, при хлебопечении, при выпаривании концентрированных растворов и фруктовых соков, а также для обжарки зерен кофе, какао, при экстракции жира, при размораживании мяса, рыбы, масла, для дезинсекции муки и круп (Симовьян с соавт., 1988; Маматов, 1989; Сычева с соавт., 1989; ; Басов с соавт., 1990; Мурадов с соавт., 2001).
Объекты и материалы исследований
По результатам пяти экспериментов на установке построены графики временной зависимости m от изучаемых факторов (рис. 7 и 8). На рисунках величина m является средним значением определяемых в каждом эксперименте массы для соответствующего периода (часа) наблюдения.
Результаты исследований показывают, что непосредственное воздействие электростатического поля и совместное его действие с потоком аэроионов на процесс удаления воды из мышечной ткани опытных образцов в условиях эксперимента приводит к интенсификации процесса их обезвоживания.
Подтверждением этого явилось непрерывное увеличение m для опытных образцов на протяжении всего периода наблюдения (кривые 1 и 2 на рис. 7 и 8).
Вместе с тем, совместное действие изучаемых электрофизических факторов обеспечивало увеличение скорости потери воды по сравнению с действием только электростатического поля. у = 1.5883Х + 2,2563 R1 = 0,9958
Обозначения: 1 - действие аэроионов и электростатического поля; 2 - действие электростатического поля; 3 - отсутствуют электрофизические факторы (контрольный вариант). Активное обезвоживание мышечной ткани рыбы в электростатическом поле происходило при влиянии как отрицательно так и положительно заряженных аэроионов. Но к концу опыта в образцах филе минтая, обработанных отрицательно заряженными ионов воздуха, потери воды составили на 10% больше, чем в образцах филе, обработанных положительно заряженными аэроионами.
В отличие от образцов, находящихся под воздействием электрофизических факторов, в контрольном варианте удаление воды из мышечной ткани происходило менее интенсивно и имело иной характер. Результаты, представленные в виде кривой 3 на рис. 7 и 8, показывают, что увеличение m происходило в течение первых пяти часов. В последующие часы наблюдения этот показатель практически оставался на одном уровне. Следовательно, в образце, находящемся в условиях окружающей среды без воздействия электростатического поля и аэроионов, через короткий промежуток времени интенсивность обезвоживания резко снижалась. Вероятно, в контрольном образце за этот период значение парциального давления парообразной воды в мышечной ткани приближалось к таковому в окружающем филе слое воздуха.
Изучение процесса обезвоживания мышечной ткани рыбы под влиянием аэроионов в электростатическом поле мы проводили с учетом сведений об установленном ранее поляризующем воздействии электростатического поля на воду (Алехин, Курин, 1991), изменении силы поверхностного натяжения воды при электрической обработке (Маматов, 1989). В связи с этим было выдвинуто предположение, что электростатическое поле активизирует процесс перехода воды из жидкого состояния в газообразное, а поток аэроионов способствует понижению парциального давления паров воды в слое воздуха, окружающего изучаемый материал, создавая благоприятные условия для диффузии парообразной воды из внутренних слоев мышечной ткани к поверхности и переноса ее в окружающую среду. Косвенным подтверждением выдвинутого нами предположения о влиянии электростатического поля на свойства капиллярной воды мышечной ткани рыбы явились данные о практически одинаковой скорости обезвоживания образцов филе минтая, находящихся на воздухе и образцов, находящихся в тех же условиях электростатического поля в первые пять часов наблюдения (кривые 2 и 3, рис.7 и 8). Следовательно, данный период воздействия электростатического поля, является временем, необходимым для изменения физических свойств капиллярной воды (в частности, силы поверхностного натяжения). Результатом этого явилась активизация процесса обезвоживания мышечной ткани в последующие часы эксперимента.
Таким образом, воздействие интенсивных потоков аэроионов на мышечную ткань в электростатическом поле приводит к активизации процесса обезвоживания материала.
В дальнейшем установленный эффект интенсификации обезвоживания мышечной ткани рыбы в электростатическом поле при действии потока аэроионов был положен в основу аэроионного способа получения пищевой рыбной продукции с пониженным содержанием воды (Патент РФ № 2067397, 1996).
Для обоснования интенсивного процесса обезвоживания мяса рыбы при аэроионной обработке были рассмотрены формы связи воды в биологических объектах (гл. 1.3) и изменение их в процессе аэроионизации.
Используя термогравиметрический анализатор TGA - 50, нами изучено разрушение различных форм связи воды под действием тепловой энергии. Об изменениях соответствующей формы связи воды судили по количеству затраченной тепловой энергии и уменьшению массы в определенном интервале температур (рис. 9).
Обезвоживание мышечной ткани рыбы в электростатическом поле под действием интенсивных потоков аэроионов
Для изготовления провесной рыбы закусочной филе терпуга выдерживали в водном растворе коптильной жидкости в течение 1 мин и после стечки направляли на обработку аэроионами.
Для изготовления провесной рыбы ароматной соленое филе терпуга выдерживали в растворе свекольного сока в течение 1 мин и после стечки развешивали на рейки в рабочей камере. Плотно закрывали дверцы камеры аэроионной установки. Подключали к сети генератор аэроионов.
Результаты проведенных исследований по определению влияния концентрации аэроионов на интенсивность обезвоживания мышечной ткани и уровень их антимикробного действия, представленные в главе 3, показали, что максимальные потери воды и бактерицидный эффект наблюдался при воздействии аэроионов концентрацией 5,0 х 107 ион/см3 . На основании этого при изготовлении продуктов применяли для обработки интенсивный поток аэроионов указанной концентрации.
В процессе аэроионной обработки систематически регистрировали показания приборов. Контроль за уровнем ионизации рабочего объема камеры осуществляли измерителем тока аэроионов, устанавливая ток в пределах от 3,0 до 3,2 мкА, что соответствует концентрации их на уровне 5,0 х 107 ион/см3.
Обработку заканчивали по достижении массовой доли воды в провесном филе - не более 60 %, в малосоленом пряном - 65%. По окончании обработки отключали генератор от сети. Время обработки аэроионами филе рыбы при этом составляло от 10 до 24 ч в зависимости от геометрических размеров объектов.
Потребление электроэнергии на 1кг готовой продукции составляло 0,1 кВтч (показания счетчика электрической энергии были сняты до и после аэроионной обработки, разность поделена на количество изготовленной продукции). Для изготовления провесной ароматной продукции филе пересыпали смесью крупноизмельченных пряностей. Смесь пряностей для пересыпки филе терпуга провесного готовили по отобранной из нескольких вариантов рецептуре, приведенной в табл. 15
Рецептура смеси на 100 кг готового продукта Наименование пряностей Масса, кг Лист лавровый сухойЗелень петрушки,укропа, сельдерея сушеныеПерец душистыйПерец красный 0,010 0,310 0,109 0,055
Смесь пряностей для пересыпки филе сельди малосоленого пряного готовили по отобранной из нескольких вариантов рецептуре, приведенной в табл. 16. Смесь пряностей крупно измельчали.
Готовое провесное филе аэроионной обработки фасовали в пакеты из полимерных материалов по ОСТ 15-390 предельной массой продукта 0,5 кг. Пакеты с готовой продукцией термосваривали под вакуумом в соответствии с «Инструкцией по упаковыванию пищевой рыбной продукции в пакеты и мешки-вкладыши из полимерных пленочных материалов», утвержденной Комитетом Российской Федерации по рыболовству 22.01.96.
Предельные отклонения массы нетто в отдельных единицах потребительской тары составляли 3%.
Общая схема технологического процесса провесной и соленой продукции, в основе которого положен аэроионный способ обработки, представлена на рис. 28.
Разработка технологии вяленой продукции из кальмара включала несколько этапов: выбор способа разделки, выбор подготовки сырья и полуфабриката к аэроионной обработке, определение продолжительности сушки.
Для проведения экспериментов использовали кальмар мороженый, в котором содержание воды составляло 83,3%, белка- 13,4%.
Блоки мороженого кальмара - тушки размораживали на воздухе при температуре не выше 20С или в воде температурой не выше 20С. Соотношение кальмара и воды составляло 1:3, размораживание проводили до температуры в центре блока кальмара минус 4-минус 2С.
Размораживание производили быстро, не допуская задержки размороженного сырья в воде, во избежание обводнения или выщелачивания тканей кальмара.
Разделку кальмара проводили на филе - разрезали мантию по спинке или брюшку, начиная от края и заканчивая у основания плавника. Отогнув Технологическая схема филе рыбы провесной аэроионной обработки края мантии, удаляли хитиновую пластинку, извлекали остатки внутренностей. Филе кальмара, полученное после разделки, тщательно и быстро промывали в воде до полного удаления остатков внутренностей, слизи, крови, песка и других загрязнений. Промытые филе кальмара погружали в горячую пресную воду с температурой 45 - 50С при соотношении кальмара и воды 1 : 3 и интенсивно перемешивали в течение 10 мин до удаления кожного покрова филе. Затем всю воду сливали.
Филе кальмара выгружали на стол для стечки и дочищали для удаления остатков кожи, половых продуктов, пленок, хитиновых пластинок, ополаскивали водой и направляли на стечку.
Затем филе разрезали на соломку - полоски шириной 0,5 - 1 см. Соломку из филе кальмара в рабочей камере раскладывали в один слой на капроновое сито с диаметром ячеи не более 10 мм. Плотно закрывали дверцы камеры. Подключали к сети генератор аэроионов. В процессе аэроионной обработки систематически регистрировали показания приборов. Контроль за уровнем ионизации рабочего объема камеры осуществляли измерителем тока аэроионов.
Обоснование технологии филе кальмара вяленого с применением аэроионов
Стандартный метод биологической оценки качества сырья и продукции предусматривает использование представителей опытных высших животных, в том числе мышей, крыс, кроликов, собак и других представителей, анализ на которых длится от 28 дней до полугода, требует больших материальных затрат. Высокая цена определения качества биотестированием не может быть использована при исследовании множественных объектов, для сравнительной их характеристики, для оценки эффективности различных способов технологической обработки.
Поэтому исследователями была предложена альтернативная живая модель - реснитчатая инфузория Tetrahymena pyriformis, основные параметры обменных процессов у которой совпадают с высшими организмами (Игнатьев с соавт., 1980).
Основными реакциями, определяющими биологическое тестирование с использованием тетрахимены, являются генеративная (ростовая) и поведенческая.
Показателем, характеризующим регенеративную реакцию, отражающую интенсивность белкового обмена и протеолитическую доступность белков (перевариваемость), явилось значение относительной биологической ценности (ОБЦ).
Генеративная реакция имеет высокую степень корреляции с такими важнейшими параметрами биологической ценности, как коэффициенты эффективности и использования белка (КЭБ, КИБ), которые являются общепризнанными критериями его биологического качества и имеют официальный статус.
Методом биотестирования с применением тетрахимены нами была определена биологическая оценка малосоленой продукции из филе терпуга, филе сельди и кальмара, полученных при обработке аэроионами. Кроме того, сопоставление результатов исследований по определению показателей ОБЦ продуктов, изготовленных по разработанной нами и традиционной технологии, позволило установить степень влияния действия аэроионов при обработке на качество получаемой продукции.
В качестве контроля в эксперименте был взят молочный белок казеин. Биологическую оценку филе рыбы, кальмара, мороженых полуфабрикатов и продукции, полученной аэроионным способом и традиционным, проводили согласно «Методическим рекомендациям для использования экспресс-метода биологической оценки продуктов и кормов» (1990).
Для сопоставимости результатов расчет навесок исследуемых субстратов проводили таким образом, чтобы одна единица опытной массы продукта содержала 0,6 мг азота. В «Методических рекомендациях по использованию инфузорий (Тетрахимена пириформис) в качестве тест-культуры в приборе «Биотестер - 2» (экспресс-метод)» (1991) для этого имеются специальные таблицы, показывающие навеску продукта с 0,6 мг азота в зависимости от содержания в нем белка.
Показатель ОБЦ рассчитывали как отношение числа клеток инфузорий, выросших на питательной среде из исследуемых образцов рыбы и их компонентов к числу инфузорий, выросших на стандартном белке молока.
В результате проведенных исследований было установлено, что при количественном подсчете инфузорий в камере Фукса-Розенталя наблюдали нормальный рост, размножение и активность их в присутствии используемых продуктов. Биологическая ценность и биодоступность молочного белка была принята за 100%. Наибольшая активность и ростовый эффект был отмечен в пробах, содержащих рыбу или кальмар после размораживания. По мере дальнейшей обработки рыбы и кальмара интенсивность генеративной и поведенческой реакции в средах с образцами снижалось. Гибель или деформации клеток простейших, угнетения их подвижности, как свидетельство токсичности, не наблюдалось ни в одной пробе. Результаты проведенных исследований и расчетов приведены на рис. 33 - 35, на которых показано, что снижение биодоступности исследуемых образцов из фи 127
Изменение ОБЦ филе кальмара в процессе сушки Обозначения: 1 - казеин, 2 - филе кальмара мороженого, 3 - филе кальмара бланшированное, 4 - филе кальмара сушеное традиционной обработки, 5 - филе кальмара сушеное (аэроионной обработки). ле рыбы и кальмара происходит уже на этапах предварительной обработки, в том числе после посола и варки. После просаливания филе терпуга показатель ОБЦ снизился в среднем на 6,0 %, филе сельди тихоокеанской - на 6,2%. По нашему мнению, снижение биодоступности питательного субстрата после посола обусловлена изменениями структуры, гидролиза белков, а также гидролизом и окислением липидов. Процесс бланширования кальмара, который проходили образцы, направляемые на аэроионную обработку, снижал показатель ОБЦ на 8,3 %, что также вероятно, обусловлено структурными и гидролитическими изменениями в мышечной ткани беспозвоночных.
Процесс обезвоживания при вялении, получении провесной продукции и сушке также способствовал снижению биодоступности питательных веществ, но в образцах продукции аэроионной обработки показатели ОБЦ оставались выше, чем в продуктах традиционного способа обработки (табл. 26).
Таким образом, результаты проведенных исследований методом биотестирования показали, что аэроионная технология позволяет получить продукт, биологическая ценность которого по сравнению с традиционным наиболее сохранена.
Расчет каждой калькуляционной статьи себестоимости филе терпуга аэроионной обработки был проведен укрупненным методом, применяемым на береговых предприятиях рыбной промышленности, занимающихся переработкой гидробионтов (Колесова, Хоменко, 1999). На основе полученных данных после того, как определены затраты по каждой калькуляционной статье, составили калькуляцию себестоимости продукции табл. 27 и структуру себестоимости рис.36.
