Содержание к диссертации
Введение
1 Холодное копчение рыбы. состояние вопроса 16
1.1 Потребление рыбы в России 16
1.2 Мойва, как сырьё для холодного копчения 17
1.3 Холодное копчение рыбы 21
1.3.1 Виды копчения рыбы и их характеристика 21
1.3.2 Традиционная технология холодного копчения рыбы 26
1.3.3 Оборудование для сушки и холодного копчения рыбы 34
1.3.4 Особенности холодного копчения рыбы в электростатическом поле 38
1.4 Физические методы воздействия в процессах обработки рыбы 46
1.5 Выводы 55
2 Объект и методы исследования. постановка эксперимента 58
2.1 Объект и предмет исследований 58
2.2 Схема проведения исследования 58
2.3 Характеристика объекта исследования 60
2.4 Характеристика используемых материалов 60
2.5 Методы исследования
2.5.1 Общие методы исследований 62
2.5.2 Определение показателей безопасности рыбы холодного копчения 63
2.5.3 Определение показателей качества рыбы холодного копчения... 2.6 Постановка эксперимента 70
2.7 Экспериментальная инфракрасная сушильная установка 72
2.8 Обработка экспериментальных данных 78
3 Экспериментальная часть 79
3.1 Исследование влияния инфракрасной обработки при подсушке рыбы на продолжительность процесса 79
3.1.1 Влияние температуры и удельного расхода сушильного агента при конвективной обработке на кинетику массопотерь рыбы 80
3.1.2 Влияние режимов инфракрасной обработки на кинетику массопотерь и продолжительность подсушки рыбы 83
3.1.3 Обоснование рациональных режимов инфракрасной обработки рыбы 90
3.2 Исследование влияния инфракрасной обработки при подсушке рыбы на показатели качества готового продукта 96
3.2.1 Влияние инфракрасной обработки при подсушке на органолептические показатели качества рыбы холодногокопчения 96
3.2.2 Влияние инфракрасной обработки при подсушке на химические показатели качества рыбы холодного копчения 100
3.2.3 Влияние инфракрасной обработки при подсушке рыбы на изменение содержания витаминов и минеральных веществ 102
3.3 Исследование влияния инфракрасной обработки при подсушке на микробиологические показатели безопасности рыбы холодного копчения 104
3.4 Исследование влияния инфракрасной обработки при подсушке на изменение показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения в процессе хранения 106
3.4.1 Изменение показателей качества рыбы холодного копчения в процессе хранения 107
3.4.2 Изменение микробиологических показателей безопасности рыбы холодного копчения в процессе хранения 113
3.5 Обоснование возможности увеличения срока хранения рыбы холодного копчения 115
3.5.1 Исследование влияния инфракрасной обработки при подсушке на количество влаги, выделившейся из рыбы холодного копчения в процессе хранения 116
3.5.2 Исследование влияния инфракрасной обработки при подсушке на изменение органолептических показателей качества рыбы холодного копчения в процессе хранения 117
3.5.3 Исследование влияния инфракрасной обработки при подсушке на изменение химических показателей качества рыбы холодногокопчения в процессе хранения 121
3.5.4 Исследование влияния инфракрасной обработки при подсушке на изменение микробиологических показателей безопасности рыбы холодного копчения в процессе хранения 124
3.6 Совершенствование технологии холодного копчения рыбы 126
3.7 Выводы 130
4 Промышленное инфракрасное сушильное устройство иксу-30 131
4.1 Устройство и техническая характеристика ИКСУ-30 131
4.2 Работа устройства ИКСУ-30 136
4.3 Техника безопасности при работе с ИКСУ-30 137
5 Результаты промышленных проверок усовершенствованной технологии холодного копчения рыбы. обоснование экономической эффективности 139
5.1 Основные результаты промышленных проверок усовершенствованной технологии холодного копчения рыбы с инфракрасной обработкой на стадии подсушки 139
5.2 Обоснование
экономической эффективности усовершенствованной технологии холодного копчения рыбы с инфракрасной обработкой на стадии подсушки
Выводы .
Список литературы
- Виды копчения рыбы и их характеристика
- Характеристика объекта исследования
- Влияние режимов инфракрасной обработки на кинетику массопотерь и продолжительность подсушки рыбы
- Работа устройства ИКСУ-30
Введение к работе
Актуальность работы. Увеличение объёмов производства рыбной
продукции, в том числе рыбы холодного копчения и, как следствие, увеличение
среднедушевого потребления рыбы населением нашей страны неразрывно связано
с необходимостью технической и технологической модернизации
рыбоперерабатывающих предприятий, которая невозможна без
совершенствования и интенсификации используемых технологических процессов.
Для интенсификации процесса холодного копчения рыбы широко применяют электрокопчение, позволяющее существенно сократить его продолжительность. Однако, несмотря на выраженные преимущества электрокопчения, данный способ широкого распространения не получил, так как не удаётся избавиться от излишнего содержания влаги в копчёной рыбе, привкуса сырости, а также добиться устойчивого колера.
При любом способе копчения значительное внимание уделяют подсушке рыбы, продолжительность которой достигает от 60 до 80% всей продолжительности холодного копчения, и которая является наиважнейшей при формировании показателей качества и безопасности готового продукта. В настоящее время одним из самых распространённых способов сушки продуктов является конвективный, при котором испарение влаги происходит только с поверхности продукта, что приводит к появлению плёнки, затрудняющей сушку и ухудшающей его качество.
Решить указанные проблемы представляется возможным путём проведения подсушки рыбы перед холодным копчением с использованием инфракрасной обработки, которая обеспечивает равномерную подсушку и предоставляет отличную возможность для получения качественно подсушенного продукта.
Степень разработанности. Копчению продуктов в электростатическом поле уделено немалое внимание в работах Н. А. Воскресенского, В. М. Горбатова, В. Е. Добромирова, А. Л. Ишевского, В. М. Позняковского и др. В их работах отмечена возможность значительного повышения скорости такого процесса по сравнению с традиционным копчением.
В работах С. К. Волончука, А. В. Горбатова, А. С. Гинзбурга, Г. П. Исаева, И. А. Рогова, S. Nasiroglu, К. Krishnamurthy и др. сказано о возможностях использования инфракрасного излучения для осуществления технологических процессов в пищевой промышленности. Анализ литературных источников и практика применения инфракрасного излучения в процессах сушки и подсушки растительного сырья показывают исключительную эффективность инфракрасной обработки: сокращается продолжительность процесса, повышается его энергоэффективность, улучшаются показатели качества и безопасности подсушиваемого продукта.
В настоящее время разработаны процессы сушки различных продуктов с использованием инфракрасного излучения. Однако, в отечественной и зарубежной литературе отсутствуют сведения о возможности применения инфракрасного излучения в процессе подсушки рыбы перед холодным копчением в электростатическом поле. В этой связи, остались не изученными такие вопросы,
как влияние инфракрасной обработки на кинетику процесса подсушки, на показатели качества и безопасности рыбы холодного копчения, на изменение содержания витаминов и минеральных веществ в продукте, на изменение показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения в процессе хранения.
Цель работы - усовершенствовать технологию холодного копчения рыбы в электростатическом поле посредством применения инфракрасной обработки на стадии подсушки; исследовать влияние инфракрасной обработки на кинетику подсушки рыбы, на микробиологические показатели безопасности, физико-химические и органолептические показатели качества рыбы холодного копчения, на изменение содержания витаминов и минеральных веществ, на изменение показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения в процессе хранения.
Задачи исследования:
проанализировать представленные в научно-технической литературе данные по холодному копчению рыбы в электростатическом поле и обосновать выбор стадий процесса, требующих совершенствования;
обосновать выбор мойвы, как сырья для холодного копчения в электростатическом поле;
на основании анализа данных по современным физическим методам обработки пищевого сырья, представленных в научно-технической литературе, выделить наиболее эффективный метод подсушки рыбы, обосновать выбор;
- разработать экспериментальную инфракрасную сушильную установку;
исследовать влияние инфракрасной обработки на кинетику подсушки рыбы;
обосновать режимы инфракрасной обработки рыбы на стадии подсушки, обеспечивающие значительное сокращение данного процесса;
определить влияние инфракрасной обработки на микробиологические показатели безопасности, физико-химические и органолептические показатели качества рыбы; на изменение содержания витаминов и минеральных веществ; на изменение показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения в процессе хранения;
на основании проведённых исследований обосновать приёмы совершенствования технологии холодного копчения рыбы в электростатическом поле и разработать промышленный образец инфракрасного сушильного устройства для проведения промышленных испытаний усовершенствованной технологии;
- провести производственные испытания усовершенствованной технологии
и разработать проект технической документации (технические условия и
технологическую инструкцию) на производство рыбы холодного копчения в
электростатическом поле с применением инфракрасной обработки на стадии
подсушки;
- оценить экономическую эффективность принятых технических и
технологических решений.
Научная новизна исследования заключатся в следующем:
усовершенствована технология холодного копчения рыбы применением инфракрасной обработки на стадии подсушки перед холодным копчением в электростатическом поле;
научно обоснованы рациональные режимы инфракрасной обработки рыбы на стадии подсушки перед холодным копчением в электростатическом поле;
- впервые показано и обосновано, что использование инфракрасной обработки рыбы на стадии подсушки перед холодным копчением в электростатическом поле обеспечивает сокращение продолжительности процесса подсушки в 4 раза по сравнению с традиционным (конвективным) способом подсушки, а удельного расхода электрической энергии - более чем в 2 раза;
- доказано, что применение усовершенствованной технологии холодного
копчения рыбы с инфракрасной обработкой на стадии подсушки способствует
улучшению микробиологических показателей безопасности, физико-химических и
органолептических показателей качества рыбы холодного копчения, обеспечивает
стабильность указанных показателей качества рыбы в процессе хранения;
- обоснована возможность увеличения срока хранения рыбы холодного
копчения, изготовленной с применением усовершенствованной технологии.
Теоретическая и практическая значимость работы:
- на основании комплекса теоретико-экспериментальных исследований
показана эффективность инфракрасной обработки на стадии подсушки рыбы;
усовершенствована технология холодного копчения рыбы в электростатическом поле посредством применения инфракрасной обработки на стадии подсушки;
разработан опытно-промышленный образец инфракрасного сушильного устройства ИКСУ-30 для инфракрасной обработки рыбы на стадии подсушки при подготовке её к холодному копчению в электростатическом поле;
разработан проект технической документации на производство рыбы холодного копчения в электростатическом поле с использованием инфракрасной обработки на стадии подсушки;
проведены производственные проверки усовершенствованной технологии холодного копчения рыбы в электростатическом поле с использованием инфракрасной обработки на стадии подсушки и инфракрасного сушильного устройства ИКСУ-30 на рыбоперерабатывающих предприятиях города Великий Новгород (Филиал Новоблпотребсоюза «Новгородский пищекомбинат», ООО «Океан»), которые подтверждены соответствующими актами производственных проверок;
- результаты работы используются в учебном процессе Новгородского
государственного университета имени Ярослава Мудрого при преподавании таких
дисциплин, как «Технология переработки продукции животноводства», «Процессы
и аппараты пищевых производств», при проведении научно-исследовательской
работы студентов и в производственном процессе Филиала Новоблпотребсоюза
«Новгородский пищекомбинат»;
новизна технических решений подтверждена патентами РФ № 2535749 «Способ и устройство для производства мелкой морской рыбы холодного копчения»; № 2560731 «Инфракрасное сушильное устройство ИКСУ-30»;
разработанные усовершенствованная технология холодного копчения рыбы в электростатическом поле и инфракрасное сушильное устройство ИКСУ-30 позволяют расширить область применения инфракрасного излучения в процессах пищевых производств и способствуют совершенствованию техники и технологии сушки и копчения рыбы.
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты экспериментальных исследований по определению влияния
инфракрасной обработки на продолжительность подсушки рыбы;
- рациональные режимы инфракрасной обработки рыбы на стадии
подсушки;
результаты экспериментальных исследований по определению влияния инфракрасной обработки на стадии подсушки на микробиологические показатели безопасности, физико-химические и органолептические показатели качества; на изменение содержания витаминов и минеральных веществ;
результаты экспериментальных исследований по определению влияния инфракрасной обработки на стадии подсушки на изменение показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения в процессе хранения;
- усовершенствованная технология холодного копчения рыбы в
электростатическом поле с инфракрасной обработкой на стадии подсушки.
Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы представлены в виде докладов и обсуждены на: V международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 2012); Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 2013); XX, XXI, XXII, XXIII научных конференциях преподавателей, аспирантов и студентов НовГУ (Великий Новгород, НовГУ, 2013, 2014, 2015, 2016); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы образования и науки» (Тамбов, 2013); III международной научно-практической конференции «Наука в современном информационном обществе» (North Charleston, USA, 2014);областном конкурсе «Молодой исследователь» (город Великий Новгород, 2014); VI международной научно-практической конференции «Академическая наука - проблемы и достижения» (North Charleston, USA, 2015); Международной научно-практической конференции «Современное общество, образование и наука» (Тамбов, 2016).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 14 печатных работ, в том числе 3 - статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 Патента РФ на изобретения.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Работа представлена на 131 странице машинописного текста, содержит 37 таблиц, 17 рисунков и 14 приложений. Список литературы включает 141 наименование.
Виды копчения рыбы и их характеристика
По данным В. И. Курко [51], свойства и качество копчёных изделий из мяса и рыбы зависят от многих факторов: вида и состояния сырья, из которого изготовливают продукт, технологической подготовки и степени подсушивания его перед копчением, температуры, влажности и скорости движения коптильной среды и т.д. Различные авторы приводят различные схемы производства рыбы холодного копчения. Но, независимо от размеров рыбы, направленной на холодное копчение, и способов копчения большинство авторов приводят схему, представленную в Приложении Б [55, 68, 122, 124].
В традиционном технологическом процессе производства рыбы холодного копчения выделяют такие операции, как размораживание рыбы (в случае использования замороженного сырья), мойку и сортирование рыбы, посол рыбы (можно проводить совместно процессы размораживания и посола мороженой рыбы), нанизывание рыбы на прутки, накалывание и навешивание на рейки, подсушку и копчение рыбы, сортирование копчёной рыбы, упаковку, маркировку, хранение готовой продукции [107].
Для копчения рыбу нанизывают на металлические прутки, накалывают на крючки или навешивают на рейки на шпагате. На прутки рыбу, неразделанную потрошённую, и спинки с головой нанизывают через глаза и рот и жаберную щель [107].
Перед копчением рыбу обязательно подсушивают в естественных условиях на открытом воздухе, в сушильно-провялочных камерах, в закрытых помещениях с принудительной циркуляцией воздуха или непосредственно в коптильных камерах. Подсушку рыбы в естественных условиях проводят в ясную погоду при температуре воздуха не выше 25 С [22, 107 и др.]. В сушильно-провялочных камерах рыбу нежирную подсушивают при температуре от 18-20 С до 25-28 С, начиная с более низкой температуры и постепенно повышая её к концу процесса. Рыбу жирную рекомендуется подсушивать при температуре не выше 22-23 С. Скорость движения воздуха в камере 0,5-1,0 м/с. В обычных коптильных камерах рыбу подсушивают при температуре 20-25 С при усиленной тяге.
Подсушку заканчивают тогда, когда поверхность рыбы станет сухой, плавники будут жёсткими, а мясо несколько уплотнится. Продолжительность подсушки рыбы в сушильных и коптильных камерах может составлять от 2-3 часов до 1,5-2,0 суток в зависимости от вида, размера, жирности и способа разделки рыбы. В естественных условиях в зависимости от погоды подсушка может длиться от 4-8 часов до 3-4 суток. Подсушенную рыбу, не задерживая, подвергают копчению [22, 107 и др.].
Как известно, процесс движения влаги в рыбе основан на явлениях осмоса и диффузии. Важную роль здесь играет разница температур сушильного агента и продукта, что позволяет влаге перемещаться из внутренних слоев к внешним и передавать воздуху жидкость в виде пара [22]. Поверхностные слои мышечной ткани рыбы быстрее отдают влагу воздуху, и влага из внутренних слоев начинает перемещаться к поверхности. На основании этого, подсушку и изменения, происходящие с рыбой на этом этапе обработки, можно также разделить на два основных этапа: подсушивание поверхности (внешняя диффузия) и сушка – движение влаги из внутренних слоев рыбы к поверхности (внутренняя диффузия).
Для эффективной внешней диффузии необходимо выполнение нескольких факторов (в порядке их важности): низкая относительная влажность воздуха, максимально высокая (допустимая для данного вида рыбы) температура циркулирующего воздуха и его высокая скорость движения. Высыхание поверхности рыбы при условии соблюдения этих факторов достигается достаточно быстро [22].
Следует отметить, что в технологии производства рыбы холодного копчения важнейшим качественным показателем является конечное содержание влаги в продукте, которое и достигается подсушиванием рыбы. При обработке многих видов рыб процесс подсушивания длителен и составляет 60-80% всей продолжительности холодного копчения [19].
Рыба относится к тем пищевым продуктам, скорости сушки которых определяются главным образом законами движения влаги внутри продукта. И. В. Кизеветтер отмечает [55], что в процессе сушки масса рыбы уменьшается за счёт испарения влаги, при этом процент содержания соли, белка и жира как в мясе, так и в целой рыбе увеличивается. В процессе сушки более крупная рыба теряет влаги меньше, чем мелкая, в результате продолжительность обезвоживания крупной рыбы увеличивается. При сушке рыбы происходит гидролиз белка и жира и одновременно окисление жира. В солёной рыбе жир распределяется в подкожной клетчатке, бурой мускулатуре и мелкими каплями в септах. В процессе сушки под влиянием ферментов и кислорода воздуха жир претерпевает ряд химических изменений, происходит повышение дисперсности жира и его распределение в септах и между мышечными волокнами. В результате мясо рыбы становится полупрозрачным, янтарного цвета. Кроме того, в процессе сушки рыбы, в её тканях происходят биохимические процессы (созревание).
Рыба в начале процесса подсушки – после загрузки её в камеру, имея влажную поверхность, не боится высокой температуры. В это время, внешняя и внутренняя диффузии максимальны, то есть до определённого момента поверхностная влага активно испаряется, а влага из толщи рыбы перемещается к поверхности и компенсирует потерю влаги поверхностными слоями [22].
При дальнейшей сушке, когда поверхность рыбы уже подсыхает, внутренняя диффузия начинает отставать от внешней, и это требует уже другого подхода к процессу. Следствием слишком длительного этапа первоначальной подсушки может стать существенное запаздывание перераспределения влаги изнутри к внешним слоям, что может вызывать образование «корочки». Такая «корочка» препятствует проникновению влаги к поверхности и способствует повышению температуры поверхности рыбы, что крайне нежелательно [22]. Однако останавливать сушку и начинать копчение в этот момент нельзя, так как, если начать копчение, ориентируясь только на подсохшую поверхность, это может привести к необратимым дефектам готового продукта [22].
Здесь возможны два негативных фактора. Первый – если поверхность пересушена, то есть образовавшаяся корочка полностью блокирует движение влаги из внутренних слоев к поверхности, продукт после копчения внешне получится привлекательным, однако при охлаждении продукта, снятого с рамы и помещённого в холодильник, внутренняя влага постепенно отмочит корочку и будет выходить наружу, размывая цвет продукта, а также потечёт в упаковке. Одновременно коптильные компоненты, содержащиеся в дыме и осевшие на поверхности рыбы, будут активно растворяться в выделяемой влаге и проникать в толщу мяса. Такой продукт в упаковке, да и без неё, будет выглядеть непривлекательно, и не будет соответствовать требованиям качества по безопасности.
Второй вариант негативного влияния неправильной подсушки и сушки, приведёт к тому, что корочка отойдёт во время копчения и влага начнёт увлажнять поверхность, на которую активно будут конденсироваться продукты неполного сгорания древесины, и также они будут проникать внутрь продукта. Цвет копчёного продукта будет тёмным, а мясо будет иметь ярко выраженный вкус горечи и будет окрашено в коричневый цвет. Это говорит о том, что во время подсушки рыбы перед копчением необходимо обеспечить её равномерный прогрев как снаружи, так и внутри для обеспечения равномерной влажности [22].
Повышение эффективности подсушки рыбы на стадии подготовки её к холодному копчению чрезвычайно актуально, так как по мнению автора [77], при использовании способа электрокопчения не удаётся избавиться от привкуса сырости, высокой влажности в копчёной рыбе и добиться стабильного и устойчивого цвета (колера) .
Характеристика объекта исследования
Рыбу размораживали в соответствии с требованиями технологической инструкции [107]. Размораживание проводили до момента свободного разделения блока рыбы на части. Затем рыбу направляли на посол. Из посоленной в течение двух часов мойвы в тузлуке с концентрацией соли 10% (см. разделы 2.4, 2.5) подготавливали контрольные и опытные партии, характеристика которых представлена в таблице 2.1. Рыбу контрольных и опытных партий выдерживали в течение 1,5 минут в коптильном растворе, состоящем из воды (70,0%), жидкого дыма (27,5%) и натурального пищевого красителя (2,5%) и навешивали на металлические прутки. После стекания в течение 10-15 минут излишков коптильного раствора рыбу сразу направляли на подсушивание в экспериментальную инфракрасную сушильную установку. Рыбу контрольных партий подвергали традиционной – конвективной обработке, рыбу опытных партий – радиационно-конвективной обработке (далее по тексту – инфракрасной) в соответствии с режимами, указанными в таблице 2.8.
Рыбу подсушивали до влажности, не превышающей 62%. Достижение заданной влажности определяли по достижению массы партий рыбы заданного значения, в соответствии с данными, представленными в таблице 2.4. Запись изменений массы рыбы первые шестьдесят минут подсушки вели через четыре минуты, после шестидесяти – через восемь минут.
Подсушенную рыбу направляли в установку «Ижица 1200» (рисунок 1.2), предназначенную для холодного копчения рыбы в электростатическом поле. Рыбу коптили 90 минут в соответствии с технологическими рекомендациями по холодному копчению рыбы в установке «Ижица-1200» [59].
Продолжение таблицы 2. «нагревание-охлаждение», при постояннной обработке потоком воздуха Температура сушильного агента С 16 - 24 (16,0±0,5; 20,0±0,5; 24,0±0,5) Удельный расход сушильного агента/ скорость движения сушильного агента м3/(м2 час)/ м/с 105,9; 210,0; 316,4/0,4; 0,8; 1,2
Готовую рыбу холодного копчения контрольных и опытных партий в течение не более одного часа после окончания холодного копчения направляли на исследования в лабораторию: определяли органолептические и физико-химические показатели качества (влажность, содержание общего и аминного азота, кислотное и перекисное числа липидов рыбы), микробиологические показатели безопасности (Приложения Г, Д), содержание витаминов и минеральных веществ (см. раздел 2.5).
Для определения влияния инфракрасной обработки при подсушке на изменение показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения в процессе хранения рыбу, упакованную под вакуумом (см. 2.5.2), направляли на хранение в холодильную камеру, где хранили в соответствии с требованиями ГОСТ 32911–2014 [24] при температуре от 0 до минус 2 С, относительной влажности воздуха не более 75% в течение 15 суток. Исследования показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения проводили на пятнадцатые сутки хранения в соответствии с методиками, описанными в разделах 2.5.2, 2.5.3. Определяли изменение следующих показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения в процессе хранения: - влажность; - содержание общего и аминного азота; - кислотное и перекисное числа липидов рыбы; - микробиологических показатели безопасности; - органолептические показатели качества.
Для определения возможности увеличения сроков хранения были проведены дополнительные исследования органолептических, физико-химических и микробиологических показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения на 17, 19, 21 сутки хранения.
Экспериментальная инфракрасная сушильная установка (далее по тексту – установка) предназначена для исследования влияния инфракрасной обработки на стадии подсушки рыбы перед холодным копчением в электростатическом поле на кинетику подсушки рыбы.
Установка (рисунок 2.1) состоит из секции 9, которая представляет собой рамку, выполненную из металлического профиля размером 20 х 20 мм, и условно имеет три зоны для обработки рыбы (в соответствии с количеством инфракрасных излучателей).
Секция 9 смонтирована на металлической раме 2 и состоит из отражателей 3, выполненных из нержавеющей стали и предназначенных для более эффективного распределения энергии инфракрасных излучателей, а также излучателей инфракрасных галогенных 4, которые являются высокоэффективным источником инфракрасного излучения и широко применяются в технологических процессах сушки и нагрева.
В состав установки входят: - осевой тепловентилятор 7, прикреплённый к корпусу 1 установки, с регулятором расхода воздуха РРВ (заслонкой) и термоанемометром цифровым Testo 425, предназначенным для измерения температуры и скорости потока воздуха и его объёмного расхода; - управляющее устройство 6 с двумя таймерами ТЭ-15 и переключателем кулачковым ПКП 63 22/0; - термометры сопротивления ТСМ 50М для измерения температуры внутри подсушиваемого продукта, измерения относительной влажности воздуха и температуры в зоне подсушки (в камере установки);
Влияние режимов инфракрасной обработки на кинетику массопотерь и продолжительность подсушки рыбы
Анализ данных, представленных в таблице 3.1, свидетельствует о том, что при указанных значениях интенсивности инфракрасного излучения, температуры и удельного расхода сушильного агента удельный расход электрической энергии при подсушке рыбы с инфракрасной обработкой ниже, чем при подсушке рыбы с применением конвективной обработки (за исключением режима инфракрасной обработки при температуре (24±0,5) С, удельном расходе сушильного агента 105,9 м3/(м2ч) и интенсивности инфракрасного излучения 4,4 кВт/м2).
Таким образом, минимальный по продолжительности (20 минут) и экономичный с точки зрения расхода электрической энергии (0,8кВтч/кг) является режим подсушки рыбы при: - интенсивности инфракрасного излучения 4,4 кВт/м2; - температуре сушильного агента (24,0±0,5) С; - удельном расходе сушильного агента 316,4 м3/(м2ч). Результаты проведённых исследований согласуются с известными данными [83, 84, 85, 94, 95 и др.] о том, что при использовании инфракрасной обработки наблюдается значительная интенсификация процесса подсушки и минимизация энергозатрат на производство единицы продукции. При традиционной подсушке влага перемещается в виде жидкости к поверхности материала и испаряется с его поверхности. В этом случае процесс подсушки занимает несколько часов. При инфракрасном энергоподводе влага превращается в пар внутри продукта, в результате чего удаление воды в виде пара происходит одновременно по всему объёму материала, вследствие чего интенсивность обезвоживания продукта значительно возрастает. Особую роль в этом процессе играют объёмный прогрев влажного материала в поле инфракрасного излучения и парообразование влаги внутри продукта [97].
Однако, в результате проведения исследования было установлено, что рыба, подсушиваемая в течение 20-44 минут при интенсивностях инфракрасного излучения 1,1; 2,2; 4,4 кВт/м2, температуре (24,0±0,5) С и значениях удельного расхода сушильного агента 105,9; 210,0; 316,4 м3/(м2ч), значительно нагревается. В то же время известно [6], что из-за стремительного увеличения температуры мышечной ткани и достижения её значений более 35 С рыба утрачивает свойства солёно-вяленого продукта: ткани рыбы в большей или меньшей степени размягчаются, консистенция становится мягкой, по вкусу и запаху рыба приближается к варёному продукту. Следовательно, при подсушке температура рыбы не должна превышать 35 С.
На рисунке 3.4 приведены результаты исследования влияния интенсивности инфракрасной обработки на изменение температуры мышечной ткани рыбы при подсушке.
Влияние интенсивности инфракрасной обработки на продолжительность подсушки и температуру мышечной ткани рыбы (при удельном расходе сушильного агента 316,4 м3/(м2ч) Анализ данных, представленных на рисунке 3.4, показывает, что при интенсивности инфракрасного излучения 4,4 кВт/м2, температуре (24,0±0,5) С и удельном расходе сушильного агента 316,4 м3/(м2ч) температура мышечной ткани рыбы при подсушке стремительно увеличивается, вследствие чего происходят не только интенсивные потери влаги, но и изменяется структура белков, в результате которых при продолжительности подсушки рыбы до заданной влажности в течение 20-ти минут при указанном режиме обработки мышечная ткань рыбы претерпевает изменения уже через 14 минут обработки.
При тех же значениях температуры теплоносителя и удельного расхода воздуха при интенсивности инфракрасного излучения 2,2 кВт/м2 при продолжительности подсушки рыбы до заданной влажности 28-ти минут, мышечная ткань рыбы претерпевает изменения через 17 минут.
При интенсивности инфракрасного излучения 1,1 кВт/м2 при продолжительности подсушки рыбы до заданной влажности 36-ти минут – через 19 минут (рисунок 3.4). Следовательно, снижение интенсивности инфракрасной обработки в 2 раза (до 2,2 кВт/м2), а затем в 4 раза (до 1,1 кВт/м2) позволит максимально увеличить продолжительность инфракрасной обработки рыбы до 19 минут, однако избежать достижения предельно допустимой температуры мышечной ткани рыбы 35 С в процессе подсушки не удастся.
Таким образом, на основании результатов исследования было принято решение о включении в процесс инфракрасной обработки рыбы в процессе подсушки режимов релаксации [11] – временных интервалов, в течение которых происходит обработка рыбы сушильным агентом, а источники инфракрасного излучения отключают, что позволит не только избежать стремительного роста температуры в тканях рыбы но и, как следствие, избежать тепловой денатурации белков, а также уменьшить расход электрической энергии вследствие сокращения продолжительности работы инфракрасных излучателей.
Работа устройства ИКСУ-30
Микробиологические показатели – показатели, характеризующие безопасность продуктов и возможность их употребления в пищу без вреда для здоровья. Контроль микробиологических показателей является обязательным критерием оценки качества пищевых продуктов при санитарно микробиологическом контроле.
На данном этапе исследования определяли влияние рациональных режимов инфракрасной обработки при подсушке на микробиологические показатели безопасности рыбы холодного копчения опытных и контрольных партий.
Подсушенную рыбу контрольных партий (при температуре (24,0±0,5) С и удельном расходе сушильного агента 316,4 м3/(м2ч), продолжительности подсушки 92 минуты) и опытных партий (при интенсивности инфракрасного излучения 4,4 кВт/м2, режиме работы инфракрасных излучателей «нагревание 2 минуты – охлаждение 2 минуты», температуре сушильного агента (24,0±0,5) С, удельном расходе сушильного агента 316,4 м3/(м2ч), продолжительности обработки (23,0±1,0) мин.)) направляли на холодное копчение в электростатическом поле. Продолжительность холодного копчения составляла 90 минут (см. раздел 2.6).
У рыбы холодного копчения опытных и контрольных партий определяли показатели КМАФАнМ, БГКП, Staphylococcus aureus, патогенные, в том числе сальмонеллы, Vibrio parahaemoluticus (см. раздел 2.5.2).
Результаты исследования представлены в таблице 3.8, анализ которых показал, что микробиологические показатели рыбы как опытных, так и контрольных партий, соответствуют требованиям нормативной документации. Однако следует отметить, что показатель КМАФАнМ рыбы холодного копчения опытных партий более чем в 2,6 раза ниже по сравнению с аналогичным показателем рыбы контрольных партий.
Наименование показателя Требования ТР ТС 021/2011 Партии рыбы Контрольные Опытные КМАФАнМ, КОЕ/г Не более 1Ю4 (4,0±0,1)102 (1,5±0,1)102 БГКП В 0,1 г не допускаются Не обнаружено Не обнаружено Staphylococcus aureus В 1,0 г не допускается Не обнаружено Не обнаружено Патогенные, в том числе сальмонеллы В 25,0 г не допускаются Не обнаружено Не обнаружено Vibrio parahaemoluticus, КОЕ/г Не более 10 Не обнаружено Не обнаружено
Согласно [13], сушка с использованием инфракрасного излучения вносит в процесс определённые положительные моменты, а стерилизация продуктов при инфракрасном облучении объясняется двумя факторами: вследствие изменения кинетики биохимических реакций под воздействием внешнего электромагнитного поля с длинами волн инфракрасного диапазона и тепловым. Стеночные структуры микроорганизмов имеют диаметр пор примерно 25-60 нм, они проходят через всю толщу стенки и подобны ионообменным мембранам. Через мембрану стенки клетки происходят перенос электронов по дыхательной цепи, обменные процессы между веществами, растворёнными во влаге. Так как внешнее электромагнитное поле имеет частоту колебаний, близкую к частоте собственных колебаний молекул воды, то они, получив дополнительную энергию, увеличивают амплитуду колебаний, что приводит к нарушению кинетики биохимических процессов, то есть гибели клеток микроорганизмов. Тепловой путь гибели клеток объясняется тем, что поглощаемой на резонансной частоте энергии внешнего электромагнитного поля достаточно для перегрева клетки микроорганизма из-за её малых, по сравнению с растительной или животной клеткой, размеров. Окружающая среда, то есть продукт, нагреваются при этом значительно меньше.
По данным [18], более высокое значение показателя КМАФАнМ образцов рыбы холодного копчения контрольных партий может быть связано с меньшим количеством основных коптильных компонентов, оседающих на поверхности рыбы во время копчения, чем в образцах рыбы холодного копчения опытных партий, что, по нашему мнению, связано с худшей подготовкой поверхности образцов рыбы контрольных партий непосредственно к копчению (образование корочки на её поверхности во время подсушки) по сравнению с рыбой опытных партий (равномерная подсушка рыбы, отсутствие поверхностной корочки).
Таким образом, результаты проведённого исследования дают возможность сделать вывод о том, что рациональные режимы инфракрасной обработки на стадии подсушки рыбы позволяют производить безопасный, с точки зрения микробиологических характеристик, продукт, показатели безопасности которого отвечают требованиям нормативной документации.
Ранее, было сказано о том, что применение инфракрасной обработки рыбы позволяет сократить продолжительность подсушки в 4 раза, а удельный расход электрической энергии – более чем в 2 раза. При этом рыба холодного копчения опытных партий соответствует требованиям нормативной документации по микробиологическим показателям безопасности и отличается лучшими показателями качества по сравнению с рыбой контрольных партий. Далее нужно было определить насколько эти положительные изменения показателей качества и безопасности рыбы холодного копчения сохранятся в процессе хранения. Для этого рыбу холодного копчения, упакованную под вакуумом в пакеты из полимерных материалов, разрешённых для контакта с пищевыми продуктами, направляли на хранение в холодильную камеру, где хранили при температуре от 0 до минус 2 С, относительной влажности воздуха не более 75%, в течение 15 суток (см. раздел 2.6). Исследования показателей качества и безопасности проводили на пятнадцатые сутки.