Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ существующих способов переработки икры лососевых видов рыб по литературным источникам 10
1.1. Оценка сырьевой базы. Промысловые запасы лососей Камчатки 10
1.2. Характеристика икры лососевой 16
1.3. Анализ способов производства икры лососевых видов рыб 21
1.3.1. Посол икры 21
1.3.2. Замораживание икры 28
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований 32
2.1. Методологический подход к организации исследований 32
2.2. Объекты исследований 34
2.3. Методы исследований 35
ГЛАВА 3. Аналитические исследования процесса замораживания 37
3.1. Анализ существующих методик расчета процесса замораживания 37
3.2. Теплофизические характеристики икры лососевой 48
3.3. Математическая модель расчета времени замораживания икры лососевой ястычной с использованием азота -^
3.4. Изменения химического состава икры лососевой ястычной при замораживании и последующем хранении
3.4.1. Изменения в икре при замораживании 65
3.4.2. Изменения в икре при хранении 69
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования процесса замораживания икры лососевой ястычной азотом. Технико-экономическая оценка 72
4.1. Описание экспериментального стенда 72
4.2. Методика проведения экспериментальных исследований 77
4.3. Анализ результатов экспериментальных исследований и выбор оптимальных параметров замораживания икры 82
4.4. Технологические исследования качественного состояния икры 94
4.4.1. Определение кислотного и перекисного чисел жира 96
4.4.2. Определение азота летучих оснований 100
4.4.3. Определение выхода икры при посоле 102
4.5. Разработка технологии замораживания икры лососевой ястычной с использованием азота 103
4.6. Разработка и утверждение нормативной документации, производственные испытания и внедрение технологии 106
4.7. Технико-экономическая оценка 107
Выводы 112
Литература
- Анализ способов производства икры лососевых видов рыб
- Теплофизические характеристики икры лососевой
- Изменения химического состава икры лососевой ястычной при замораживании и последующем хранении
- Анализ результатов экспериментальных исследований и выбор оптимальных параметров замораживания икры
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Икра лососевая относится к ценным продуктам питания и содержит значительное количество белков, жира, витаминов. Так, содержание жира составляет до 17-Н8 % (в то время как икра других рыб содержит жира в пределах 1+4 %) [22]. В состав азотистых веществ икры входят полноценные в пищевом отношении солерастворимые белки, заключенные в желточной массе. Из водорастворимых витаминов в икре имеются такие, как В]2 , Bi (тиамин), Вг (рибофлавин), Вс (фолиевая кислота), РР (никотиновая кислота), пантотеновая кислота, витамины А и С [57]. Общее содержание минеральных веществ в икре составляет 1,5+2 %. Преобладающее значение среди минеральных элементов имеет фосфор. Высокая ценность икры сочетается с изысканными вкусовыми качествами, что относит ее к деликатесным пищевым продуктам. Икра пользуется большим спросом, как на внутреннем, так и на внешнем рынке.
В пресноводных водоемах Камчатки воспроизводятся все шесть видов тихоокеанских лососей, из которых ежегодно получают до 5000 тонн икры для переработки [28]. Область выгодно отличается от всех других азиатских районов их размножения, включая и Японию. Только в водоемах Камчатки самые ценные виды азиатских стад лососей — чавыча, нерка и кижуч -достигают промысловой численности [23, 55, 129]. При этом все реки Камчатки являются нерестовыми.
До недавнего времени основным способом консервирования икры лососевых видов рыб являлся посол. Данный способ широко распространен на Дальнем Востоке. Серьезным недостатком такого способа является то, что для продления сроков хранения в соленую икру вводится большое количество консервантов, влияющих на вкусовые качества икры. К тому же надо отметить, что в настоящее время такие консерванты, как уротропин и сорбат, запрещены в ряде стран, что ограничивает экспорт икры. Так, согласно [52] в Японии икру солят до 3 %, несмотря на то, что это лимитирует сроки ее хранения.
С 1980 года появилась технология замораживания икры, которая получила широкое распространение на судах. Ястычную икру замораживают в брикетах при температуре - 45°С, используя при этом плиточные морозильные аппараты [82, 114]. Такая технология позволяет в короткие сроки нерестового хода лососей перерабатывать большое количество добываемой икры, однако она связана с большими потерями массы при дефростации. Выход икры при таком способе составляет 50-КЮ % [76].
Выход на мировой рынок обусловил более жесткие требования к качеству и уровню солености икры. Учитывая возрастающий спрос и стоимость икры, требуется совершенствование существующих технологий производства икры и разработка новых, обеспечивающих качественную переработку при больших суточных поступлениях сырца.
Одним из перспективных методов сохранения качества пищевых продуктов является замораживание их с использованием жидкого и газообразного азота [3, 11,51, 96]. Основными преимуществами такого метода являются: высокая скорость замораживания, максимальное сохранение исходного качества продукта, минимальные потери его массы за счет усушки, экологическая безопасность.
Теоретической базой в нашей стране для производства быстрозамороженных продуктов с использованием жидкого азота явились исследования Н.Д. Абрамова, Н.Э. Каухчешвили, К.П. Венгер, А.Н. Антонова, Б.Н. Семенова, С.Э. Пчелинцева, А.С. Ручьева, B.C. Колодязной и других ученых.
Учитывая высокую пищевую ценность и, соответственно, стоимость икры лососевой, представляется целесообразным использование жидкого азота для ее замораживания. Однако, как показал обзор литературных источников, исследования по использованию жидкого и газообразного азота для замораживания икры лососевой ястычной не проводились.
В связи с вышеизложенным исследования в области криогенного замораживания икры лососевых видов рыб с использованием жидкого и газообразного азота являются актуальными.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в разработке технологии замораживания икры лососевой ястычной с использованием холодильного потенциала жидкого и газообразного азота, обеспечивающей повышение качества и выхода ее после дефростации, снижение продолжительности замораживания и увеличение сроков хранения.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ. В ходе выполнения теоретических и экспериментальных исследований для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• определить основные факторы, влияющие на качество икры при замораживании;
• обосновать теплофизические характеристики икры и разработать методику расчета продолжительности ее замораживания;
• обосновать выбор коэффициентов теплоотдачи при орошении поверхности продукта жидким азотом;
• организовать экспериментальный стенд и провести экспериментальные исследования по установлению значений основных параметров замораживания икры лососевой ястычной с использованием азота;
• проверить экспериментально адекватность предложенной аналитической модели расчета продолжительности замораживания;
• определить основные технологические факторы и дать качественную оценку икры лососевой ястычной после замораживания и в процессе ее хранения;
• разработать ТИ по изготовлению икры лососевой ястычной мороженой с использованием азота;
• дать экономическую и практическую оценку результатов работы.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Предложена математическая модель расчета продолжительности замораживания икры лососевой ястычной при орошении азотом с использованием полученных значений теплофизических характеристик икры, адекватность которой подтверждена экспериментальными данными. Получены новые экспериментальные значения основных процессных параметров замораживания икры лососевой ястычной с использованием азота. Экспериментально получены результаты технологических исследований икры лососевой ястычной, замороженной с использованием азота, как после замо-раживания, так и в процессе хранения, подтверждающие улучшение ее качества, а также увеличение выхода готовой продукции на 10-И 5% по сравнению с существующими технологиями. Впервые разработана, экономически обоснована и проверена в промышленных условиях технология замораживания икры лососевой ястычной с использованием азота.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Получены: акт о производственных испытаниях разработанной технологии замораживания икры лососевой ястычной с использованием азота на предприятии ОАО «Оке-анрыбфлот» (г. Петропавловск-Камчатский); акт о внедрении результатов НИР проведенных исследований на предприятии ОАО «Океанрыбфлот», (г. Петропавловск-Камчатский); акт о внедрении результатов НИР проведенных исследований в учебный процесс КамчатГТУ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. На основании результатов комплексных исследований разработана технология замораживания икры лососевой ястычной с использованием азота, позволяющая получить продукт высокого качества, увеличить выход икры при дефростации, уменьшить продолжительность замораживания и повысить экономическую эффективность. Уст ановлены оптимальные режимные параметры для осуществления замораживания икры лососевой ястычной с использованием азота. Разработана и утверждена совместно с ОАО «Океанрыбфлот» технологическая инструкция ТИ № 001-2005 к ТУ № 9264-022-33620410-04. Результаты аналитических и экспериментальных исследований использованы в учебном процессе на кафедре холодильных машин и установок КамчатГТУ.
ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
• результаты аналитических исследований по определению теплофизических характеристик икры лососевой ястычной при замораживании с использованием азота;
• аналитический метод расчета продолжительности процесса замораживания икры лососевой ястычной при орошении ее азотом;
• результаты экспериментальных исследований по изменению удельных тепловых потоков и температуры икры при замораживании ее с использованием азота;
• данные по качеству и выходу замороженной икры лососевой ястычной после ее дефростации, грохотания и последующего посола;
• закономерности изменения свойств икры лососевой ястычной при ее хранении.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы обсуждались и докладывались:
- на международной научной конференции "Индустрия холода в XXI веке", г. Москва, 2004 г.;
- на межрегиональной конференции "Экономические, социальные, правовые и экологические проблемы Охотского моря и пути их решения",
г. Петропавловск-Камчатский, 2004 г.;
- на международной научной конференции "Рыбохозяйственное исследование Мирового океана", г. Астрахань, 2005 г.;
- на международной научно-практической конференции "Природоре-сурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России", г. Пенза, 2005 г.;
- на конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов КамчатГТУ, 2003-2005 гг.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из характеристики работы, четырех глав, включающих обзор литературы, методику выполнения работы, аналитические исследования, экспериментальную часть, выводов, и приложения. Работа изложена на 127 страницах машинописного текста и содержит 38 рисунков, 13 таблиц и 4 приложения на 9 страницах. Список литературы содержит 157 наименований, в том числе 34 иностранных авторов.
Работа выполнялась в соответствии с планом НИР КамчатГТУ «Разработка новых и оптимизация существующих холодильных установок для создания современных условий переработки, транспортировки и хранения морепродуктов» № 0120.0507337.
Анализ способов производства икры лососевых видов рыб
Традиционно считается [76], что приоритетным способом консервирования икры лососевых рыб является посол. Данный способ широко распространен среди рыбоперерабатывающих предприятий Дальнего Востока. Производство соленой икры осуществляют в соответствии с ТИ № 80 сборника технологических инструкций № 2 [115]. Схема технологического процесса представлена на рис. 1.7. После посола икру фасуют и хранят в баночках и бочках [76].
К недостаткам посола в первую очередь можно отнести большое количество вводимых консервантов для продления сроков хранения.
Вносимые в икру консерванты, такие как уротропин, триполифосфат натрия, сорбиновая кислота, бензойно-кислый натрий и др., влияют на вкусовые качества икры и являются небезопасными для человека. Последнее привело к тому, что такие консерванты, как уротропин и сорбат, запрещены в ряде стран [52, 104].
Второй недостаток посола по ТИ № 80 сборника технологических инструкций № 2 связан с большим содержанием соли, вносимой в икру (обычно более 6 %), что не удовлетворяет вкусам ряда потребителей, однако обеспечивает ее хранение до 9 месяцев. В Японии икру солят до 3 % [52], что офаничивает сроки ее хранения до 4 -5 месяцев.
При производстве соленой икры необходимо соблюдать существующие требования технологии производства от момента выемки ястыков до хранения готовой продукции. Любое нарушение технологии может привести к изменению качества икры при хранении и вызвать дефекты или так называемые пороки (табл. 1.8).
Как известно, при посоле икры особое внимание уделяется процессу пробоя икры, т.е. отделению икринок от пленки ястыков. Процесс пробоя (фОХО-тания) икры сопровождается потерями массы, которые по данным [12] составляют 1СН-15 %. Увеличение массы пробитой икры можно достичь, за счет предварительной обработки ястыков препаратами протеолитического действия, в состав которых входят и ферменты, гидролизирующие оболочку ястыков [12]. Однако такая технология не получила широкого распространения из-за того, что вопросы воздействия данных препаратов на организм человека остаются открытыми и требуют более глубоких лабораторных исследований.
После посола икра направляется на хранение в холодильники с температурой -2...-6С. При несоблюдении условий хранения консистенция икры изменяется. Оболочки икринок теряют упругость и могут настолько ослабнуть и размягчиться, что их содержимое выделяется и превращается в густую клейкую жидкость, скапливающуюся на дне бочки или банки. При этом увеличивается содержание свободных летучих и нелетучих жирных кислот и продуктов распада белков, аминокислот и азотистых оснований, что лимитирует сроки хранения икры [76].
Вкус икры может измениться от появления кислого и горького привкусов, которые постепенно усиливаются при несоблюдении температурного режима в камерах хранения. Если икра хранится в металлической таре, то может появиться металлический привкус, который воспринимается как отрицательный показатель качества икры.
Икра различных способов обработки выдерживает неодинаковые сроки хранения. Чем полнее икра обезвожена при обработке и чем лучше ее жир изолирован от воздействия кислорода воздуха, тем лучше и дольше она сохраняется.
Баночная икра может храниться в одних случаях 2-КЗ мес, в других - до года, что зависит от условий ее обработки. Одним из таких условий является укладка икры в банки - весьма ответственная операция, от которой во многом зависит срок хранения икры. Наполняют банки обязательно с избытком и плотно, чтобы не было пустот, в которых может остаться воздух. Поверхность икры, прижатая крышкой - так называемое зеркало - должна быть выше края банки не менее чем на 1 см.
Второе условие - соблюдение режима хранения икры: хранят зернистую баночную икру в холодильнике при температуре -2...-6С.
Третье условие длительного хранения — специфика посола. Посол икры может быть осуществлен одной солью или солью с добавлением антисептиков. Если икра посолена солью с антисептиками, то в условиях холодильника она может успешно храниться до года.
Следует отметить, что при перемещении внутри склада бочки с лососевой икрой необходимо переносить, а не перекатывать.
Пороки икры можно разделить на естественные, или природные, зависящие от условий обитания рыбы, и искусственные, образующиеся в результате нарушения технологического процесса, необходимого режима хранения и чрезмерной его продолжительности. К естественным порокам относятся привкус травки, привкус ила, запах нефтепродуктов. К искусственным порокам относятся острота, скисание, горечь, белые включения, ослабевшее зерно, плесень, отстой.
Теплофизические характеристики икры лососевой
Обзор литературных источников [5, 29] показал, что для исследования процессов быстрого замораживания пищевых продуктов в ряде случаев удобно пользоваться понятием «условно-расчетный продукт», значения теплофизических характеристик которого используются в аналитических расчетах. К.П. Венгер была предложена классификация объектов замораживания, основанная на двухкритериальном классификационном методе [5]. За первый критерий была принята физическая природа объекта замораживания. В качестве второго критерия была выбрана влажность продукта (по отношению к общей массе), так как влажность пищевого продукта оказывает существенное влияние на значения его теплофизических характеристик.
Условно-расчетный продукт является некоторым усредненным показателем, который с заданной точностью представляет определенную совокупность продуктов в принятой классификации.
Однако в предложенной автором [5] классификационной модели отсутствует такой продукт, как икра лососевых видов рыб. Более того, следует отметить, что влажность и содержание жиров в икре изменяются с течением времени, что влияет на ее теплофизические характеристики.
Экспериментальные исследования по замораживанию данного продукта с использованием холодильного потенциала жидкого и газообразного азота не проводились.
При замораживании в икре происходят сложные теплофизические процессы. Значительно изменяются теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, что объясняется существенным различием теплофизических свойств воды и льда.
Теплоемкость продуктов зависит от химического состава. В процессе охлаждения, когда температура продукта не достигла криоскопической, теплоемкость для икры принимаем за С0 = 2 930 Дж/(кг-К) согласно данным, полученным в работах [40, 22, 104]. Поскольку в процессе замораживания часть воды превращается в лед, то теплоемкость замороженной икры См можно вычислить по формуле, предложенной в работе [12]: См=С0-(Св-Сл)\-о , (3.6) где Св - удельная теплоемкость воды, равная 4 190 Дж/(кг -К); Сл - удельная теплоемкость льда, равная 2 120 Дж/(кг -К); W - влагосодержание продукта (согласно работам [40, 22, 69] для икры лососевой W = 0,65; со — доля вымороженной влаги при замораживании до tKp в термическом центре (принимаем по работам [12, 22] оз= 0,6). Тогда См=2 247Дж/(кг-К).
При отсутствии льдообразования коэффициент теплопроводности изменяется незначительно [57, 104, 133]. Значения коэффициента теплопроводности для икры отсутствуют, поэтому для дальнейших расчетов принимаем, как для большинства рыбных продуктов, согласно работам [22, 57, 98] А 0 = 0,52 Вт/(м -К).
При замораживании коэффициент теплопроводности значительно увеличивается в связи с тем, что теплопроводность льда в 4 раза больше, чем воды. При этом его значение рассчитывается по формуле Ам = Ао+(ОдА, (3.7) где со = 0,6 - относительное количество вымороженной воды при достижении криоскопической температуры в центре [12, 57]; Д А = 0,928-4,16 Вт/(м-К) - изменение теплопроводности в интервале температур [12]. Тогда, с учетом изложенного выше, коэффициент теплопроводности замороженного слоя составит: Х ІДВт/См-К). В процессе домораживания икры от криоскопической температуры в центре до заданной температуры хранения коэффициент теплопроводности А м рассчитываем по формуле: А Хм+о/дА., (3.8) где (О = 0,3 - относительное количество вымороженной воды при изменении температуры от криоскопическои температуры в центре до заданной температуры хранения txp = -25C. Тогда получим, что А/м= 1,5 Вт/(м -К).
Согласно данным, приведенным в работе [105], в среднем плотность рыб-ных продуктов составляет р = 1 100 кг/м .
Исследования, проведенные в работах [41, 104, 105], показали, что характер изменения плотности при замораживании рыбных продуктов одинаков. Плотность продуктов при понижении температуры от —3 до —25С изменяется незначительно: от 1 100 до 1 010 кг/м . Для дальнейших расчетов принимаем плотность замороженного слоя р = 1 050 кг/м .
Согласно работам [104, 105, ПО] плотность, теплоемкость и теплопроводность при охлаждении до криоскопическои температуры изменяются в пределах, не оказывающих большого влияния на точность расчетов коэффициента температуропроводности aQ. Тогда можно считать, что #0 является величиной постоянной.
С началом процесса льдообразования коэффициент температуропроводности резко изменяется, так как одновременно уменьшается удельная теплоемкость и возрастает коэффициент теплопроводности.
Изменения химического состава икры лососевой ястычной при замораживании и последующем хранении
Капельно-жидкая влага является растворителем многих органических и минеральных веществ и представляет собой благоприятную среду для протекания биохимических реакций и жизнедеятельности микроорганизмов.
В процессе замораживания температура икры быстро снижается до - 20С и ниже. В связи с этим в икре происходят биологические, химические и физические изменения.
Биологические изменения в икре связаны с подавлением жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности ястыков [76]. При медленном замораживании воздействие холода на микроорганизмы ослабляется. Они лучше сохраняются и приспосабливаются к новым условиям чем при быстром замораживанием. Гибель микроорганизмов наступает вследствие нарушения обмена веществ (накопления ненужных и ядовитых веществ, которые при изменении нормальных условий не окисляются) и вследствие механического нарушения целостности клеток при льдообразовании [80, 92].
Биохимические реакции при замораживании замедляются, но не прекращаются. При замораживании также происходит глубокое изменение белка, т. е. его денатурация, в результате которой резко изменяется растворимость белка, снижается его способность к набуханию и удержанию тканевого сока.
Существенное значение имеет изменение свойств миозина, который является самой неустойчивой частью белка. Его содержание в белке составляет 75 - - 80 % [49]. Белки быстрее всего денатурируют при температуре от -1 до -5С. Максимум денатурации наблюдается при температуре -2,5С, Чтобы достичь наибольшей обратимости процесса при замораживании икры, следует как можно быстрее проходить температурную зону биохимических изменений в продукте [49].
Тканевый сок является слабым раствором солей, преимущественно фосфорнокислого калия, и белков, представляющих собой коллоидную систему. Характер замерзания коллоидных растворов отличается от характера замерзания солевых растворов [104].
Коллоидные растворы большинства белковых веществ характеризуются неполной обратимостью, и лишь некоторые, например растворы клея и желатина - обратимы. Белковые вещества, входящие в состав протоплазмы, отличаются сложной структурой и высоким молекулярным весом. Под влиянием силы тяжести белковые частицы коллоидных растворов проявляют большую тенденцию к отделению от растворителя и выпадению в осадок, но в устойчивых коллоидных системах эта тенденция парализуется отталкивающими силами, появляющимися при сближении одноименных заряженных частиц. Под воздействием солей, содержащихся в тканях, полного сближения частиц достичь нельзя. При замораживании икры вследствие вымерзания воды происходит увеличение концентрации солей. При этом температура замерзания оставшегося раствора непрерывно понижается. Следовательно, в процессе замораживания значение концентрации как параметра раствора увеличивается, в связи с чем усиливаются коагулирующие действия солей на коллоиды. Из этого ясно, какое значение имеет количество воды, вымерзающей из коллоидного тканевого раствора.
Большая часть воды в икре является свободной, и лишь часть -коллоидносвязанной. В практических условиях связанная вода в тканях ястыков икры не вымерзает даже при температуре -40С [49, 95].
Процесс замораживания характеризуется превращением в лед большей части капельно-жидкой влаги, поэтому основные физико-химические изменения при замораживании связаны с преобразованиями тканевого сока. В результате отвода тепла достигается температура кристаллизации, при которой жидкая фаза может находиться в равновесии с кристаллической фазой [49].
Для перевода из жидкого состояния в кристаллическое необходимо нарушить это равновесие путем доведения температуры жидкости до уровня ниже температуры кристаллизации, т. е. вызвать переохлаждение жидкости [49].
В жидкости при температуре выше точки кристаллизации существуют небольшие комплексы - мелкодиспергированные кристаллы. Эти комплексы, как зародыши следующей фазы, неустойчивы. Они непрерывно возникают и разрушаются под действием теплового движения молекул. При температуре ниже точки кристаллизации кристаллические зародыши становятся устойчивыми, число их начинает возрастать, размеры увеличиваются. Переход одной фазы в другую имеет место только в отдельных точках, где образуются центры кристаллизации. Чем быстрее будет пройден промежуток времени кристаллообразования, тем больше будет центров кристаллообразования и, следовательно, меньше размеры кристаллов. А чем меньше кристаллы льда, тем меньше повреждений они принесут клеткам. Следовательно, качество продукта после размораживания будет выше [49, 80, 104, 123].
Для максимального сохранения полезных свойств сырья при замораживании следует как можно быстрее проходить интервал температур от криоскопической до -5С (криоскопическую зону), при которой происходит максимальная денатурация белка [105, 123].
Наиболее характерными физическими изменениями являются: кристаллизация воды, субстрата и во многих случаях - изменение массы. Усушка продукта наблюдается лишь при тех способах, при которых продукт соприкасается с воздухом, воспринимающим часть влаги продукта.
Анализ результатов экспериментальных исследований и выбор оптимальных параметров замораживания икры
Анализ данных, приведенных в таблице 4.1, показывает: - время охлаждения от начальной температуры до криоскопической температуры на поверхности в рассматриваемых вариантах незначительно и колеблется в пределах 5+70 с; - замораживание от криоскопической температуры на поверхности до криоскопической температуры в термическом центре зависит главным образом от расстояния от разделительных трубок до поверхности. Так, продолжительность второй стадии для первого варианта в 2,5 и 3,75 раза меньше, чем для второго и третьего вариантов, соответственно; для четвертого варианта продолжительность второй стадии составляет 20 с; - время замораживания от криоскопической температуры в термическом центре до заданной конечной температуры в рассматриваемых вариантах колеблется в пределах от 10 до 120 с.
В целом общая продолжительность замораживания была небольшая и изменялась от 35 до 640 с, что свидетельствует о высокой скорости замораживания во всех вариантах.
Зависимости температуры и удельных тепловых потоков от времени по вариантам представлены на рис. 4.7 - 4.11. Анализ изменения удельных тепловых потоков по вариантам показал следующее: - в первом варианте (рис. 4.7) значение q изменялось от 800 до 9 200 Вт/м . При этом максимальное значение q = 9 200 Вт/м2 наблюдалось в период времени, когда температура в термическом центре понизилась от 2 до -5С. Температура среды составляла -195С, а температура поверхности при этом была-117С; - во втором варианте (рис. 4.8) значение q изменялось от 500 до 6 300 Вт/м2. При максимальном значение q = 6 300 Вт/м . Температура среды составляла -195С, а температура поверхности при этом была -135С; - для третьего варианта (рис. 4.9) характерна меньшая интенсивность теплообмена. Значение q изменялось от 320 до 3 750 Вт/м2. Максимальное значение q = 3 750 Вт/м . Температура среды при этом составляла -195С, а температура поверхности была-100С; - для четвертого варианта (рис. 4.10) значение q изменялось от 6 000 до 80 000 Вт/м . Максимальное значение q = 80 000 Вт/м . Температура среды при этом составляла -196С, а температура поверхности была -194С.
Как видно из рис. 4.11, величина удельных тепловых потоков определялась в основном расстоянием от поверхности продукта до распылительных трубок. - в третьем варианте количество азота на замораживание икры в брикетах общей массой 2,2 кг составил 3,3 кг, удельном расходе азота 1,5 кг/кг; - в четвертом варианте удельный расход азота составил 0,7 кг/кг.
Как видим, максимальный удельный расход азота 2,22 кг/кг наблюдался для первого варианта, когда ястыки не укладывались в брикеты, а замораживались отдельно друг от друга. При укладке ястыков в брикеты удельный расход азота составлял 1,5-4,6 кг/кг, что подтверждают имеющиеся данные по расходу азота при замораживании других пищевых продуктов. Так, согласно работам [4, 30, 99] удельный расход азота составляет 1,1-4,6 кг/кг.
Внешний вид замороженной по четырем вариантам икры представлен на рис. 4.13 (а, б, в, г). Как видно из рис. 4.13, целостность ястыков и икринок сохранялась в первых трех вариантах, растрескивания не наблюдалось. Однако, на поверхности ястыка произошло изменение окраски значительной части икринок, что обусловлено термическими ожогами вследствие резкого снижения температуры поверхности (рис. 4.13 а). Согласно работе [49] поверхностные слои, в связи с наличием ожогов, теряют способность к ресорбции воды во время размораживания, что указывает на необратимые изменения белков под влиянием концентрированных растворов минеральных солей и других компонентов. Для четвертого варианта опытов, представленного на рис. 4.13 (г), после замораживания наблюдалось растрескивание как на поверхности, так и в толще ястыка. Ширина трещин достигала 0,5 мм.
Таким образом, замораживание путем погружения в жидкий азот приводит к нежелательному растрескиванию икры вследствие быстрого образования кристаллов льда и повышения внутреннего давления.
При этом возникает резкий перепад температур между затвердевшей поверхностью и центром продукта, в толще которого только начинается фазовое превращение влаги.
На рис. 4.14 (а, б, в) представлен внешний вид икры после дефростации для первых трех вариантов.
Как видно из рис. 4.14(6), целостность икринок в большей степени наблюдалась у икры, замороженной по второму варианту.
После дефростации у икры, замороженной по четвертому варианту целостность икринок не сохранялась.
Таким образом, замораживание способом орошения жидким азотом или в потоке газообразного азота целесообразнее, чем замораживание икры способом погружения в жидкий азот.
После замораживания икру направляли на хранение в камеру с температурой t = -24С. До замораживания икры, а также в процессе ее хранения через каждые 10 дней производился отбор проб для исследования качественного состояния икры.
Дефростация икры производилась в камере с постоянной температурой +5С в течение 6-5-8 часов до момента достижения температуры в центре брикета 0 ... +1С. Икра взвешивалась с помощью электронных весов марки ПВ-15 для выявления потерь массы при дефростации. На рис 4.15 представлена схема технологических исследований икры в процессе хранения.
Для характеристики качественного состояния икры в процессе хранения определяли следующие показатели: - органолептические показатели. - кислотное число жира; - перекисное число жира; - массовую долю азота летучих оснований; - выход икры при посоле;
