Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ теоретических аспектов копчения. 11
1.1. Экологические предпосылки бездымного копчения 11
1.2. Современное состояние теории копчения пищевых продуктов „...18
1.3. Современные тенденции в совершенствовании копчения 44
1.4. Бездымные коптильные среды и их применение в технологиях рыбных продуктов 54
1.5. Цвет копченой рыбы и методы его определения 77
1.6. Цель и задачи исследования 83
2. Объекты и методы исследования 86
2.1. Методологическая схема исследований 86
2.2. Техническая база исследований 88
2.3. Сырье и материалы 91
2.4. Методики проведения экспериментов. 92
2.5. Математическое моделирование технологических операций 98
2.6. Методы определения эффективности разработок 104
2.7. Оценка экологического уровня разработок 106
Результаты и их обсуждение
3. Разработка способа определения цвета и стандартности качества копченой рыбы 108
4. Научные основы технологии рыбных продуктов при использовании жидких коптильных сред 120
4.1. Теоретические и практические аспекты получения жидких коптильных сред с заданными свойствами 120
4.2. Математические зависимости при получении и применении дифференцированных жидких коптильных сред в технологии рыбных продуктов 132
4.3. Теоретические основы созревания рыбы при холодном копчении с применением жидких коптильных сред 146
4.4. Обоснование критериев направления рыбного сырья в обработку дифференцированными коптильными средами и приоритетных показателей качества готовой продукции 163
5. Обоснование принципиальных технологических решений производства рыбных продуктов при использо вании дифференцированных жидких коптильных сред
5.1. Разработка исходных положений технологии горячего копчения рыбы 173
5.2. Разработка исходных положений технологии холодного копчения рыбы 190
5.3. Разработка исходных положений технологии пресервов 213
6. Оценка пищевых достоинств рыбных продуктов бездымного копчения 249
7. Практическая значимость разработки 266
8. Экономическая эффективность разработки 269
заключение 277
Выводы 282
Список использованной литературы
- Бездымные коптильные среды и их применение в технологиях рыбных продуктов
- Математическое моделирование технологических операций
- Математические зависимости при получении и применении дифференцированных жидких коптильных сред в технологии рыбных продуктов
- Разработка исходных положений технологии холодного копчения рыбы
Введение к работе
Копчение со времен познания человеком огня является традиционным приемом обработки пищевых продуктов. Преимущества и недостатки его хорошо известны. Изучение его теоретических основ позволило обосновать ряд новых технологических решений, использующих положительные эффекты копчения и минимизирующих отрицательные. Однако остаются нерешенными еще многие проблемы в этой области.
На современном уровне развития теории и практики копчения рыбных продуктов актуальной является проблема регулируемого воздействия коптильных компонентов с учетом их свойств, факторов рыбного сырья и заданных параметров качества готовой продукции. Обоснование теоретических основ такого механизма позволяет разработать принципиально новое решение проблемы, расширить ассортимент продукции данной группы, повысить эффективность коптильного производства.
Эта проблема, охватывающая области коптильной среды, сырья, технологии и контроля качества, изучалась ранее по двум основным направлениям: совершенствование процесса дымового копчения; разработка и применение коптильных препаратов. К сожалению, известные работы не представляют собой ее комплексного решения для технологии рыбных продуктов.
Действительно, в последнее время в мире активно совершенствуется процесс дымового копчения [320, 404, 399]. Современные установки позволяют регулировать основные физические параметры коптильного дыма (температура, влажность, плотность), мобильны, универсальны, удобны в обслуживании. Однако они не могут гарантировать решение проблемы дифференцированного, управляемого и безопасного использования свойств коптильных сред, так как связаны с применением коптильного дыма, который, независимо от способа генерации и очистки, образуется в условиях трудно регулируемого пиролиза древесины. В процессе последнего, к тому же, всегда появляются канцерогенные и другие вредные вещества. [433].
Применение бездымных коптильных сред или бездымное копчение является относительно молодым способом консервирования, хотя в литературе первые упоминания о «жидком дыме» относятся к началу 19-го века
[416, 417]. В России еще в 10-х годах прошлого столетия самобытным исследователем Каразиным была получена из древесины жидкость, названная «коптильной» [148], так как ее свойства были подобны свойствам дыма. В США первые работы по конденсации дыма были проведены около ста лет назад аптекарем Эрнстом Райтом из Канзас-Сити, и с тех пор этот способ является основным в промышленном производстве коптильных препаратов страны [382, 403, 433]. Едва ли эти жидкости по количественному и качественному составу сравнимы с современными коптильными средами, но они были первыми попытками бездымного копчения пищевых продуктов [148, 150,243,245,382,403,433].
С 90-х годов XX века в Европе регулярно собираются научные форумы, посвященные бездымному копчению. Согласно их решениям, этот способ копчения является эффективным и единственным, гарантирующим безопасность копченостей по содержанию канцерогенных, мутагенных и других вредных для здоровья веществ [399, 406], В настоящее время мировое сообщество признало технологические преимущества бездымного копчения и, не считая его альтернативным дымовому, широко использует для придания различным продуктам специфических вкусо-ароматических свойств [407]. Например, в США уже сегодня более 60% всех копченых изделий выпускается с применением бездымных коптильных сред.
В настоящее время целесообразность бездымного копчения рыбных продуктов не вызывает сомнений благодаря существенному упрощению технологического процесса и пищевой безопасности разработанных коптильных сред. Последним присущи специфические красящие, вкусо-ароматизирующие, антиокислительные и антисептические свойства, подобные коптильному дыму, но, в отличие от традиционной обработки, данные эффекты проявляются в готовой продукции с характерными особенностями, обусловленными разнообразием их химического состава.
Сказанное в совокупности определяет области практического применения бездымных коптильных сред, позволяя считать их перспективными не только в традиционных, но и ряде новых технологий рыбных продуктов.
До настоящего времени основной задачей бездымного копчения являлось получение готовой продукции без канцерогенных и мутагенных веществ, с эквивалентным традиционным изделиям качеством. Сегодня, когда современные коптильные среды гарантированно безопасны, но значительно отличаются по свойствам, актуальной является проблема их рационального использования. Коптильные среды чрезвычайно разнообразны по внешнему виду (порошки, эмульсии, растворы с цветом от светло-желтого до черного), аромату (от приятного дымного до нетипичного), химическому составу. Обоснование технологий в зависимости от вида данной среды и рыбы, также отличающейся широкой вариабильностью свойств, позволит расширить ассортимент изделий данной группы, получать продукцию с заданным уровнем копчености, повысить эффективность коптильного производства.
Решение данной проблемы в технологии рыбных продуктов целесообразно вести при использовании жидких коптильных сред (ЖКС), основой которых является водный раствор компонентов дыма. Последний выделяется среди других минимальной потенциальной токсичностью, близостью по свойствам натуральному дыму, возможностью варьирования качественных признаков. В этой связи рационально использовать стандартные коптильные среды, применяемые в рыбной промышленности - ВНИРО, «Вахтоль», МИНХ, «Амафил», существенно различающиеся по составу и свойствам, а также обосновать получение новых (модифицированных) ЖКС на их основе.
Вопросами бездымного копчения занимались многие авторы: Гончаров A.M., Горбатов В.М., Гроховский В.А., Ершов A.M., Ильичев А.Ф., Касьянов Г.И., Ким И.Н., Ким Э.Н., Крылова Н.Н., Курко ВИ., Лапшин ИИ., Макарова Н.А., Слуцкая Т.Н., Радакова Т.Н., Родина Т.Г. Шендерюк В.И., Bratzler L., Fidler W., Gundaszewski Т., Hollenbeck С, Miiller W., Potthast K., Ruiter A., Tilgner D., Toth L. и др. Направления этих исследований касались способов получения коптильных сред, изучения их химического состава и природы формирования свойств копчености, поиска альтернативного дымовому технологического решения, доказательства безопасности процесса и готовой продукции. Однако опубликованные сведения относятся в основном к коптильным средам и мало увязаны со свойствами сырья, практически от-
сутствуют данные о влиянии характеристик рыбы и факторов технологии на формирование качества готовой продукции. Кроме того, проблема применения ЖКС с дифференцированными свойствами в технологии рыбных продуктов ранее не поднималась. Достоверность ее решения зависит от объективности учета основных факторов формирования качества готовой продукции (коптильной среды, сырья, технологии), что возможно на основе систематизации, формализации и анализа накопленного в данной области опыта.
Необходимо также отметить, что разработанные на сегодня способы бездымного копчения пищевых продуктов не достаточно совершенны с позиций качества и являются, как правило, трудоемкими [52, 83, 150, 168]. Например, прогрессивная для 80-х годов обработка в парах коптильного препарата не гарантирует экологической надежности продукции [150, 168], так как остается реальной потенциальная опасность образования вторичных конта-минантов за счет высоких температур в реакционной зоне, содержащей фенолы, редуктоны и другие химически активные компоненты. Одновременно повышается нагрузка на сточные воды и выбросы в атмосферу, что требует дополнительных затрат на компенсацию критических концентраций.
С учетом приоритетности в современных технологиях облагораживающих функций копчения, когда эффективнее достичь консервирующего действия другими, экологически чистыми методами (низкие температуры, ва-куумирование, модифицированные среды и т.д.), актуальным является вопрос разработки новых коптильных композиций, а также рекомендаций по их применению в различных, в том числе нетрадиционных, технологиях рыбных продуктов (пресервы, консервы, маринады, кулинария, вяленая рыба и т.д.).
Прогрессивные технологии рыбных продуктов на основе ЖКС должны быть ориентированы на расширение свойств готовой продукции, что предопределяет актуальность обоснования принципов технологии рыбных продуктов, учитывающих свойства ЖКС, сырья и факторы технологических процессов, обусловливающих формирования заданных признаков готовой продукции.
Данные причины, а также современные тенденции в копчении предопределяют актуальность обоснования принципов технологии рыбных про-
дуктов, заключающихся в использовании дифференцированных ЖКС с учетом факторов рыбного сырья, коптильных сред и их взаимодействия путем систематизации, формализации и анализа накопленных знаний.
Новое решение проблемы дает возможность существенно усовершенствовать коптильное производство путем изготовления рыбной продукции с различным уровнем качественных признаков, что позволит расширить ассортимент копченостей, повысить эффективность производства. Решение проблемы целесообразно осуществлять на базе комплексных аналитико-экспериментальных исследований путем обоснования и применения более совершенных методов оценки показателей качества продукции.
Научной основой решения проблемы является подход к технологии бездымного копчения, как многофакторной задаче, и установление зависимостей в формировании качества готовых продуктов на основных этапах технологической цепи, включающих получение ЖКС, ее взаимодействие с рыбой, созревание продукции.
Научная новизна работы. Разработаны научные основы совершенствования технологии бездымного копчения рыбных продуктов, позволяющей обеспечить формирование качества готовой продукции с заданными характеристиками путем использования ЖКС с дифференцированными свойствами, учета критериального показателя качества рыбного сырья, регулирования режимных параметров. Новизна разработанных технологических решений защищена 9 патентами (в соавторстве) на способы горячего и холодного копчения рыбы, приготовления деликатесных пресервов, получения коптильных препаратов, определения степени готовности продукта.
Обоснована классификация ЖКС по приоритетным эффектам обработки на коптильные препараты, красители, вкусо-ароматизирующие добавки, ан-тиоксиданты и антисептики.
Установлены критериальные показатели рыбного сырья, определение которых через показатели его химического состава количественно обосновывает рациональный вид применяемой ЖКС.
Математически описаны процессы, обусловливающие формирование основных показателей качества рыбы горячего и холодного копчения, пресервов при использовании дифференцированных ЖКС, в том числе :
- процесса получения ЖКС, установленного в виде зависимости между соотношением ключевых компонентов в коптильной среде (гвая-
кол:метилгваякол:пирокатехин:сирингол - 1,8:1:1,7:2,6) и температурой пиролиза древесины, а также кратностью и температурой сорбции дыма водой;
процесса массопереноса коптильных компонентов, описанного в виде уравнения связи между коэффициентом массопереноса с технологическими параметрами собственно копчения, учитывающего состав и свойства субстрата, активность коптильных компонентов, уровень обезвоживания продукции;
процесса созревания, обоснованного в виде зависимости между показателями качества готовой продукции и характеристиками рыбного сырья.
Расширены научные представления о характере процесса созревания рыбы холодного копчения, положительный эффект которого зависит от уровня взаимодействия фенольных веществ ЖКС с перекисями липидов сырья.
Обоснован принцип объективного спектрофотометри ческого метода определения уровня стандартности качества рыбы холодного копчения, базирующийся на связи между показателями окрашивания покрова рыбы и регламентированным диапазоном длины волны, чистоты и яркости цвета, установленными в международной колориметрической системе XYZ МКО 64.
Исследована возможность расширения технологических свойств ЖКС путем введения в стандартную пиролизуемую смесь дополнительных натуральных источников красящих, ароматизирующих, антисептических и антиокислительных веществ, а также в результате варьирования кратности и температуры сорбции дыма водой. Обосновано направление изготовления дифференцированных ЖКС на основе экстракции водными растворами дыма из натурального растительного сырья компонентов, сбалансированных по свойствам с качественными характеристиками коптильных сред. Экспериментально доказана возможность получения коптильного препарата из вкусо-ароматизирующей добавки путем фракционирования стандартной ЖКС.
Обоснованы новые технологические решения изготовления рыбных копченых продуктов в ассортименте на основе использования дифференцированных ЖКС в качестве коптильных препаратов, красителей или вкусо-ароматизирующих добавок, позволяющие улучшить и регулировать качество готовой продукции.
Впервые получены данные о пищевой безопасности рыбных продуктов, изготовленных на основе дифференцированных ЖКС, по содержанию биогенных аминов и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ>.
Экспериментально доказан высокий уровень пищевой ценности готовой продукции.
Практическая значимость работы. Результаты научных исследований позволили разработать: классификацию и технологическую схему получения ЖКС с дифференцированными свойствами; базовую коптильную композицию, ответственную за признаки копченой продукции; частные технологии горячего и холодного копчения рыбы, пресервов, обеспечивающие рациональное использование ЖКС и высокий уровень качества готовой продукции, подтвержденные рядом нормативных документов, Авторских свидетельств и Патентов РФ; исходные требования на аппаратурное оформление предложенных решений; способ определения цвета копченой рыбы и уровня стандартности качества малосоленого филе холодного копчения; критериальные показатели направления рыбного сырья в обработку дифференцированными ЖКС; рекомендации по использованию ЖКС с дифференцированными свойствами в технологиях рыбных продуктов; данные по пищевым достоинствам и экологической экспертизе продуктов, свидетельствующие о перспективности их производства; бизнес-план с технико-экономическим обоснованием производства по новой технологии; научно-техническую литературу и учебно-методические материалы для учебного процесса вузов по направлению 552400 - Технология продуктов питания и специальности 271000 - Технология рыбы и рыбных продуктов.
Научные положения, выносимые на защиту:
концепция совершенствования технологии рыбных копченых продуктов с заданным уровнем качества при использовании дифференцированных жидких коптильных сред;
обоснование механизма процесса формирования основных показателей качества рыбных продуктов в технологии с применением жидких коптильных сред;
научные основы инструментального метода определения показателя цвета и уровня стандартности качества рыбы холодного копчения;
новые принципиальные технологические решения производства рыбных продуктов путем использования дифференцированных жидких коптильных сред.
Бездымные коптильные среды и их применение в технологиях рыбных продуктов
Родоначальниками промышленного применения коптильных жидкостей считаются США, а также Советский Союз и некоторые страны бывшего социалистического лагеря [150, 428].
В настоящее время бесспорными лидерами в бездымном копчении являются США и Канада. Согласно данным 3-го Европейского семинара по бездымному копчению в Ораниенбурге [362, 363], выпуск копченостей в США уже на 60% обеспечивается с помощью бездымных коптильных сред. Страны Западной Европы (Норвегия, Швеция, Исландия, Великобритания, Дания, Бельгия и др.), ориентируясь на положительный опыт США, с успехом внедряют новые технологии, параллельно развивая соответствующую современную техническую базу [399]. В большинстве развитых стран бездымные агенты рассматриваются, как эквиваленты дыма.
В последнее время интерес к этой теме все более возрастает и в Германии, где традиционно сильны консервативные привычки [350, 352, 362, 372, 399,403-405,410,416-418]. Так, в законодательстве по пищевой промышленности Германии с 1998 года введено разрешение на применение «жидкого дыма», но только в качестве «пищевой добавки». При этом в готовой продукции содержание бензо(а)пирена регламентируется на уровне 0,03 мкг/кг, что почти в 30 раз меньше, чем в продукции дымового копчения (1 ppb). Это также соответствует принятым на сегодня общеевропейским нормам [362].
Такие жесткие ограничения предопределены высокой гидрофобностью ПАУ и их повышенной способностью растворяться в органических системах. Это означает, что гарантировать канцерогенную безопасность копченой продукции можно только в случае водной основы коптильной среды [417-419].
В этой связи представляют интерес данные по правовой ситуации вокруг бездымного копчения. Согласно данным Европейского Совета (ЕС) по ароматическим субстанциям с 1981 года бездымные агенты считаются пищевой добавкой и относятся к группе «ароматических веществ». Они должны обладать соответствующим ароматом, включать в свой состав определенные химические вещества, соответствующие натуральным носителям, чтобы не вызывать «гигиенической» тревоги. В зависимости от традиций в различных странах количественно регламентируются различные вредности. Так, в Швейцарии в готовых копченостях и бездымных средах нормируется предельное содержание формальдегида и муравьиной кислоты соответственно на уровне 10 и 50 мг/кг, хотя в других странах ЕС данного ограничения нет. В готовых изделиях рекомендуемый верхний уровень содержания токсичных веществ не должен превышать; бензо(а)пирена - 0,03 мкг/кг, бензоантрацена - 0,06 мкг/кг, мышьяка - 3 мг/кг, ртути -1 мг/кг, кадмия -1 мг/кг, свинца -10 мг/кг, летучих NO-соединений -1 мкг/кг [403-405].
Приведенные данные показывают, что в развитых странах бездымное копчение находится под надзором правовых органов. Это повышает к нему доверие производителей и потребителей.
При внедрении бездымного копчения спорным моментом остается вопрос качества. Сравнительные исследования показали, что по сенсорным показателям, микробиальным характеристикам, пероксидному и тиобарбитуро-вому числам липидов, а также другим параметрам образцы рыбы бездымного и дымового копчения практически адекватны или отличаются в пользу экспериментальных, причем по содержанию ряда ПАУ первые являются значительно благополучнее вторых [121, 124,150, 243, 295,406-407].
Бесспорными являются и экономические преимущества бездымного копчения. Фирма «Red Arow» теоретически показала снижение себестоимости производства колбас на 10-30% (табл.13). Расчет выполнен для погружного способа нанесения «жидкого дыма», а в практике, при использование более прогрессивных способов, экономические преимущества еще более возрастают [438]. Это доказано на примере фирмы «Die Raucherei» (Германия), где при копчении рыбы уже сегодня применяют около 40 видов ЖКС.
Из табл. 13 следует, что основными статьями экономии при бездымном копчении являются затраты на энергию, генерацию коптильного дыма, его обеззараживание и санитарную обработку. Дополнительными преимуществами являются: упрощение обслуживания (1000 литров препарата заменяют 240 мешков с опилками); повышение производственной гигиены и безопасности оружающей среды; отсутствие сбора смолы и сажи; снижение производственных площадей и расхода воды (примерно на 50%); экономия на страхование из-за отсутствие пожаро- и взрывоопасной ситуации [438].
Немаловажным преимуществом применения «жидкого дыма» является существенное ускорение процесса для горячего копчения, гриль-производства и кулинарии, что привлекательно для коптильных предприятий с высокой производственной мощностью [405, 417].
Проблемой бездымного копчения, требующей специального решения, является очистка выбросов отходящих газов, содержащих до 150 мг общего углерода в м3, а также сточных вод, отличающихся высоким уровнем концентрации фенолов и кислот. Так, подсчитано, что лишь при выпуске около 50 т в неделю сырокопченой колбасы и затратах на эти цели примерно 4000 кг коптильной жидкости с рН от 2 до 4 в сточные воды попадает около 800 кг коптильной жидкости, что эквивалентно добавлению в них кислот и фенолов соответственно в количестве около 30 и 0,3 кг [363].
На мировом рынке для целей бездымного копчения предлагается множество современных коптильных сред, весьма отличающихся по своим характеристиками. Разнообразие свойств обусловлено различным исходным материалом и особенностями способов получения [438].
Основным сырьем для получения коптильных жидкостей в настоящее время являются [123, 124, 150, 172]: коптильный дым, выбросы коптильных печей, конденсат дыма, отдельные части древесины или другие источники органических веществ, а также индивидуальные химические компоненты.
О некотором разнообразии качества и свойств современных бездымных сред можно судить по данным табл. 14 [433]. Состав фенолъных фракций соответствующих препаратов приведен в табл. 15.
Математическое моделирование технологических операций
Моделирование (построение математических моделей) и оптимизацию (отыскание координат экстремума моделей) проводили для отдельных технологических операций, используя математический аппарат ортогонального центрального композиционного плана второго порядка [22, 300]. Данными методами изучали следующие процессы:
- влияние параметров дымогенерации на содержание «ключевых» компонентов в коптильном конденсате; - влияние показателей сырья на эффекты бездымного копчения; - влияние технологических параметров на цветообразующие свойства бездымных сред; - влияние параметров нанесения коптильного аэрозоля в ЭСП на эффективность собственно копчения рыбы; - влияние параметров ароматизация масла бездымными средами на качество пресервов; - влияние параметров аэрозольной ароматизации полуфабриката на качество пресервов из вяленой рыбы; - влияние параметров внесения в пресервы жидкой части, состоящей из коптильного препарата и подогретого растительного масла; - влияние параметров технологии на качество пресервов при хранении.
Моделирование осуществляли в следующей последовательности: обоснование области существования модели (выбор основных факторов, интервалов их варьирования, предполагаемых значений оптимума); обоснование уровня модели (вида математической регрессии); проведение эксперимента по матрице выбранного плана; математическая обработка результатов эксперимента; построение и анализ модели; отыскание оптимальных значений факторов.
Основные факторы и области их существования были выбраны на основе предварительных экспериментов, а также априорной информации и литературных данных [24, 52, 58, 60, 61, 68, 77, 107, 148, 150, 170-186, 243, 433]. Диапазон их варьирования приведен в табл. 26.
Параметрами оптимизации во всех моделях была совокупная безразмерная характеристика, состоящая из частных откликов [22]. Их перечень, а также "идеальные" значения, используемые в расчетах, приведены в табл.27.
Безразмерные характеристики оптимизации У рассчитывали методом их количественного приближения к "идеалу" [22] по формуле: Приведенная формула позволяет учесть влияние на качественную характеристику Y всех ее составляющих, независимо от размерности и физического смысла: чем ближе Y к нулю, тем "идеальнее" условия эксперимента.
Расчет коэффициентов и их значимости вели с применением критерия Стьюдента [22]. Проверку гипотезы адекватности моделей осуществляли по критерию Фишера. Модели получали в кодированном и натуральном видах. Оптимальные значения процессов рассчитывали как координаты точки экстремума полученной функции и проверяли их на практике [300].
Обработку экспериментальных данных вели на ПЭВМ, на 95%-ном доверительном уровне, по стандартным программам для Windows 98.
Эффективность разработок определяли по отдельным ее составляющим, включая технологическую, экономическую и социально-информационную.
Технологическую составляющую эффективности способов бездымного копчения оценивали по так называемым коэффициентам полезного использования ЖКС К[172]: mi m2 где: Ш] и m2 - количество ЖКС, соответственно осажденной на поверхности продукта и израсходованной при обработке, % к массе рыбы.
Так как оценить mi очень сложно, то предложено рассчитывать mi через общее содержание фенолов в продукте, что хорошо коррелирует с количеством осажденной ЖКС. С учетом того, что в среднем 75% фенолов, осажденных на поверхности продукта, не идентифицируется [433], формула для mi имеет вид: Фр пц = 0,4 — , Фп Где. Ф р, Ф п - массовая доля фенольних веществ соответственно в продукте (мг/100 г) и ЖКС (%). Тогда коэффициент полезного использования ЖКС К можно рассчитать по формуле: 0,4 Ф р # К = . Фпт2
Экономическую составляющую оценивали по нормативному показателю экономической эффективности и уровню качества продукции и технологии.
Нормативный показатель экономический эффективности определяли по формуле: Э = (Зі - 32) А2; где Зі и Зг - приведенные расходы по базовому и новому вариантам, А2 - объем производства.
Оценку уровня качества проводили стандартным методом путем выбора номенклатуры основных показателей качества, определения их количественных значений, сопоставления с базовыми и расчета по формуле для К (РД 50-149- "Методические указания по оценке технического уровня и качества промышленной продукции»). В качестве базового варианта использовали общепринятые и стандартные технологии (горячего копчения рыбы дымом и в электростатическом поле, малосоленых пресервов из подкопченного и ароматизированного филе рыбы и др.) [44, 176, 186, 201, 309, 335]. Уровень качества К показывает степень его увеличения для новой продукции и технологии, эквивалентную суммарному эффекту.
Pi определяется для каждого показателя, характеризующего улучшение качества готовой продукции и технологии по формуле: Pi = а/А, где: а и А - значения параметра для разработанного и базового вариантов.
В качестве факторов для оценки относительной эффективности разработок принимали: повышение производительности, улучшение условий и характера труда, повышение уровня безотходности, увеличение выхода готовой продукции, повышение коэффициента использования коптильной среды, снижение расхода энергии, повышение коэффициента товарности (расширение ассортимента, улучшение сенсорных свойств, пищевой ценности), улучшение сохраняемости при хранении, повышение уровня безопасности, сокращение вредных выбросов (в атмосферу, со сточными водами).
Математические зависимости при получении и применении дифференцированных жидких коптильных сред в технологии рыбных продуктов
Как правило, режимы в технологиях бездымного копчения рыбных продуктов устанавливались экспериментально, без серьезных попыток их формализации. Например, на сегодня отсутствуют количественные выражения процессов получения коптильных сред, их взаимодействия с компонентами рыбы, влияния параметров сырья на основные эффекты копчения. Немаловажным аспектом является и количественный учет всех составляющих системы, формирующих качество: коптильной среды, рыбопродукции, технологии (рис.14).
На данном этапе исследований стремились к отысканию математических регрессий, адекватно описывающих ключевые процессы в технологии рыбных продуктов на базе ЖКС
Основными процессами, формирующими качество копченой рыбы (в части собственно копчения), считали следующие: получение ЖКС с заданными свойствами; массобменные процессы (диффузионно-сорбционные), учитывающие химический состав системы и ее обезвоживание; химическое взаимодействие веществ в системе, приводящее к формированию основных эффектов копчения и специфических свойств в рыбе.
Организация исследований была сведена к исследованиям на основе математического планирования эксперимента (табл. 27-29). При выборе варьируемых факторов и их граничных значений сначала были проанализированы литературные данные и поставлены эксперименты по поиску наиболее значимых факторов, что позволило обосновать области существования искомых моделей и предполагаемых оптимумов [22,174].
Изучение процесса получения ЖКС на базе водных коптильных конденсатов вели аналитически, используя данные Кульмбахского научного института в области химии копчения (Германия), а также данные Курко, Загороднова, Кима и др. [78,79,124,148,150,433].
При исследовании второго и третьего процессов проводили модельные эксперименты на базе "колбасок" из фарша трески в различных оболочках (из кожи скумбрии, салаки, трески, искусственные). Мышечная ткань трески наиболее удобна для моделирования так называемой "точки отсчета" при задании факторов жирности, активности тканевых ферментов. Варьирование значений факторов в моделях осуществляли путем добавления заданных количеств поваренной соли, трескового жира и комплекса пищеварительных ферментов "Панзином-Форте" (Германия), обладающих широким оптимумом рН. Химическую активность компонентов коптильного препарата определяли условно, расчетным методом, на основе анализа их химической формулы [174].
Первоначально необходимо было выявить основные факторы, обуславливающие получение качественного водного раствора дыма. Литературные исследования процессов дымогенерации и конденсации дыма, подтвержденные модельными лабораторными экспериментами, позволили из множества факторов, определяющих качество водных растворов дыма, выделить следующие основные: тип и температура дымогенерации, вид древесины, влажность опилок, параметры сорбции [123,124,148,150,170,180,416,433].
При обосновании параметра оптимизации процесса исходили из того, что он должен отражать в полученной ЖКС степень приближения соотношения ключевых коптильных компонентов, образующих базовую композицию, к рекомендуемому для «коптильного препарата». Расчет параметра оптимизации вели методом приближения его к «идеалу» [22].
Для определения данного «идеала» предварительно была обоснована «ключевая» коптильная композиция, то есть вид и соотношение основных компонентов, ответственных за аромат в конденсатах. Для этого были проанализированы данные химического состава водных растворов дыма, образующихся при тлении различных пород древесины [433], а также ЖКС «Вахтоль» и МИНХ [124]. Результаты анализа приведены в табл.43 (пороговые концентрации и состав компонентов приведены по литературным данным [78, 79]).
Из проведенного анализа (табл. 43) видно, что качественный состав основных участников создания аромата во всех коптильных средах идентичен. Это -п-крезол, ванилин, циклотен, гваякол и т.д. По степени участия в аромате компоненты ЖКС можно расположить в следующей последовательности (в порядке убывания): крезолы - ванилин+циклотен - гваякол и его производные -двухатомные фенолы (пирокатехин) - производные сирингола.
Разработка исходных положений технологии холодного копчения рыбы
Согласно разработанным рекомендациям в холодном копчении рационально использовать все виды дифференцированных ЖКС (Приложение 9).
Принимая во внимание значимость отечественного коптильного препарата ВНИРО и возможность получения на его основе ЖКС любой категории, целесообразно было базовые исследования провести с его применением. Учитывая несовершенство разработанных ранее приемов применения ЖКС в технологии бездымного холодного копчения рыбы [67, 124, 150, 172], целесообразно было обосновать процесс на принцигшально новой основе, позволяющей управлять влиянием факторов ЖКС на качество готовой продукции.
Так, многократность нанесения коптильных сред в известных способах, предопределили актуальность поиска повышения адгезионных свойств ЖКС. Введение в состав коптильной среды пищевого биополимера (крахмала, желатина, каррагенанов и др.) позволило получить своеобразные коптильные гели, которые после подсушки имеют вид пищевой пленки, плотно прилегающей к поверхности рыбы. По этому признаку готовая продукция была названа «ламинированной». За счет возможности варьирования композиции геля и его повышенных адгезионных свойств открываются новые возможности в создании копченой продукции с заданными свойствами [336]. Данное технологическое решение имеет Патент РФ № 2093035.
Предложенный вариант собственно копчения по характеру основных эффектов отличается от известных, так как в системе коптильная среда - рыба" появляются нетипичные для нее вещества. Поэтому разработку принципов данной технологии осуществляли с учетом следующих аспектов: обоснование состава коптильного геля и характера цветообразующих процессов в нем; изучение аромато- и вкусообразующих свойств продукции; обоснование консервирующего эффекта; разработка частной технологии деликатесной продукции.
Основные исследования проведены на скумбрии атлантической мороженой и коптильном препарате ВНИРО с массовой концентрацией по фенолам 0,1%, выбор которых основан на разработанных критериальных показателях направления сырья в обработку (глава 4.4).
Свойства коптильного геля и цветообразуюище эффекты
Свойства коптильного геля, как носителя «ключевых» эффектов, зависят, прежде всего, от природы биополимера, формирующего характер коллоида, а также количественного и качественного состава коптильных компонентов. Ад-гезионно-когезионная способность такой среды определяет концентрацию коптильных компонентов на поверхности рыбы, прирост массы, цвет готовой продукции, стойкость в хранении и другие эффекты холодного копчения.
В исследованиях использовали полисахаридные структурообразователи растительного происхождения (крахмал, метилцеллюлоза, агароид) и структурообразующие белки животного происхождения (желатин), наиболее распространенные в пищевой промышленности [31]. Другими составляющими гелей, определяющими их функциональные свойства, являлись коптильные среды (препарат ВНИРО и ароматизатор "Амафил") и некоторые пищевые добавки (хлористый натрий, белковая добавка "МАТИЕС", водные вытяжки из чайного листа, раствор глютамината натрия и др.).
При обосновани типа пищевого полимера исходили из того, что гель на его основе должен обладать высокой вязкостью, выраженной липкостью, равномерно обезвоживаться в виде пленки, быть устойчивым при хранении, иметь незначительную водную адсорбцию, стабилизировать системы. Немаловажными факторами являлись доступность и цена полимера.
Об адгезионно-когезионных свойствах коптильных гелей судили по их количеству на поверхности кусочков мышечной ткани салаки в виде квадрата (размер стороны 0,03 м и толщина 0,005 м). Из рис. 45 видно, что полисахариды (крахмал и метилцеллюлоза) обеспечивают более высокое, чем другие полимеры, удельное удержание коптильной среды на поверхности рыбы при их концентрациях в растворе 2-8%. Это предопределяет наименьший расход данных полимеров для достижения заданной степени прокопченности рыбы.
Из данных табл. 63 видно, что при использовании картофельного крахмала природа поверхности продукта мало влияет на адгезиоино-когезионные свойства коптильного геля при концентрациях полимера 2-4%. При этом обесшкурен-ное мясо рыбы удерживает гель в больших количествах, чем филе с кожей.
