Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор патентно-информационной литературы по проблеме криоконсервирования растительного сырья 5
1.1. Современное состояние технологии, аппаратуры и техники для криоконсервирования 5
1.2. Интенсификация тепломассообменных процессов при криоконсервировании 23
1.3. Биохимические процессы протекающие в сырье при криоконсервировании 32
1.4. Задачи исследования 39
Глава 2. Характеристика сырья методы исследования, лаборатор ная аппаратура, методы математического планирования эксперимента и математической статистики 41
2.1 Характеристика объектов исследования 41
2.2 Схема экспериментальных исследований 41
2.3 Методы исследования 43
2.4 Методы математического планирования эксперимента 62
Глава 3. Экспериментальная часть 70
3.1 Характеристика сырья, входящего в состав замораживания мясорастительного полуфабриката 70
3.2 Разработка технологических аспектов криоконсервирования мясного и растительного сырья 75
3.3 Разработка режимов криоконсервирования сырья растительного и животного происхождения 86
3.4 Гистологические исследования 102
3.5 Сравнение влияния жидкого азота и твердого диоксида углерода на изменения липидов мышечной ткани животного сырья 107
3.6 Оценка микробиологических показателей сырья по луфабриката и готовой продукции
Глава 4 Промышленная апробация разработанной технологии мясорастительных быстрозамороженных полуфабрикатов . 115
4.1 Обоснование выбранного сырья, для создания мясо растительных полуфабрикатов. 115
4.2 Технологические аспекты промышленного производ ства быстрозамороженных продуктов 108
4.3 Показатели безопасности мясорастительных полуфабрикатов 118
4.4 Органолептическая оценка и относительная биологическая ценность мясорастительных полуфабрикатов 123
Выводы 125
Список литературы
- Современное состояние технологии, аппаратуры и техники для криоконсервирования
- Схема экспериментальных исследований
- Характеристика сырья, входящего в состав замораживания мясорастительного полуфабриката
- Обоснование выбранного сырья, для создания мясо растительных полуфабрикатов.
Введение к работе
За годы экономических реформ произошло обострение продовольственного положения в стране. Резко возросший импорт продовольствия не восполняет сокращения его производства.
Известно, что продовольственная безопасность определяется, как способность государства стабильно удовлетворять потребность населения страны продуктами питания в объемах, ассортименте и качестве, достаточных для полноценного физического и социального развития личности /59/.
В настоящее время особое внимание уделяется разработке программ повышения эффективности сельскохозяйственного производства, сокращения послеуборочных потерь урожая, внедрение современных способов длительного хранения сырья, полуфабрикатов и готовой продукции
Консервирование холодом - самый распространенный и эффективный метод сохранения качества животного и растительного сырья. При замораживании в значительной мере сохраняется первоначальное состояние свежего продукта, в неизменном виде остаются биологически активные вещества. Консервирование холодом позволяет обеспечивать длительное хранение скоропортящихся и термолабильных пищевых продуктов. Зеленый горошек, сахарная кукуруза, фасоль, другие овощи и плоды практически полностью сохраняют питательные свойства после низкотемпературного замораживания и хранения в камерах при температуре минус 18С. Мясное сырье при хранении в замороженном виде не изменяет внешний вид, аромат, вкус и консистенцию, а также незначительно теряет питательные вещества. Дальнейшее развитие этого направления позволит снизить потери на стадиях переработки и хранения сырья, в общественном питании расширить ассортимент и создать запасы продуктов для равномерного обеспечения населения высокобелковыми продуктами, сохранить
качество, биологическую ценность и питательные вещества замороженных продуктов /107,114/. Известно, что для нормального функционирования организму человеку необходимы белки, жиры, углеводы, витамины и минералы в определенном соотношении, которые необходимо сохранять в исходном сырье. Послеуборочное охлаждение плодов и овощей и хранение их в охлажденном состоянии является наиболее действенным способом сохранения продукции высокого качества. Для продления сроков хранения сельхозпродукции используется искусственный холод с целью поддержания оптимальных для каждого вида сырья значения температур, относительной влажности воздуха и кратности воздухообмена. Большое значение имеет сам процесс замораживания, конечной целью технологии является сохранение обратимости процесса.
Большой вклад в развитие холодильной технологии и техники внесли известные ученые и специалисты - И.Г. Алямовский, Б.С. Бабакин, С.А. Большаков, Н.А. Головкин, М.М. Голянд, B.C. Илясов, Э.И. Каухче-швили, B.C. Колодязная, А.В. Руцкий, Ю.А. Фатыхов, Р.И. Шаззо, В.И. Шаробайко, Н.С. Шишкина, В.М. Шляховецкий, В.Яспер, В.Н. Эрлихман и др.
Интенсификация производства в области криоконсервирования сельскохозяйственного сырья весьма актуальна, так как связана с внедрением новых прогрессивных способов, которые позволяют снизить потери ценных компонентов до минимума.
Целью исследования является совершенствование технологии криоконсервирования мясного и растительного сырья с помощью сменных, возобновляемых хладоносителей в виде гранулированного твердого диоксида углерода.
Современное состояние технологии, аппаратуры и техники для криоконсервирования
Известно, что стойкость скоропортящегося сырья и продуктов при хранении увеличивается с понижением температуры.
Трудами многих ученых и практиков установлено, что лучшим способом консервирования является искусственный холод, который по экономичности превосходит методы тепловой обработки по затратам энергии /19/. Так, например, на охлаждение 100 кг перца сладкого расходуется 15 кВт-ч электроэнергии, а при пастеризации 130 кВт-ч; при замораживании этого же количества продукта — 100 кВт-ч, а при стерилизации — 235 кВтч. при сушке затраты электроэнергии достигают 660 кВт-ч /92/.
В зависимости от поставленных задач сырье подвергается разной глубине холодильной обработки. Наиболее широко на практике применяется предварительное охлаждение сырья до температуры не ниже криоскопической, что существенно снижает потери при последующем хранении /106/.
В ряде случаев целесообразно применять процесс переохлаждения сырья до температуры не ниже криоскопической, что сопровождается частичной кристаллизацией влаги в поверхностном слое. Срок хранения сырья в подмороженном состоянии в 2,0-2,5 раза продолжительнее охлажденных продуктов.
При интенсивном отводе теплоты от сырья, с понижением температуры ниже криоскопической, большая часть влаги в сырье кристаллизуется /34/.
В качестве полуфабрикатов замороженное плодоовощное сырье используется для промышленного производства многих пищевых продуктов /45/.
Для практического осуществления способа криоконсервирования растительного и животного сырья применяют различную холодильную аппаратуру /65/.
В настоящее время самое широкое применение получили скороморозильные аппараты с машинной системой хладоснабжения для обработки продукции различных классов, включая комбинированные продукты.
Аппараты данного типа в качестве хладоносителя используют холодный воздух. Воздушный метод - широко распространенный метод замораживания, что обусловлено свойствами воздуха, как естественного, доступного и безопасного агента. Основным недостатком воздушных скороморозильных аппаратов, громкость, высокое энергопотребление, а также значительные потери массы продукта за счет усушки.
Одной из ведущих фирм мира по производству всех типов воздушных скороморозильных аппаратов является фирма "Frigoskandia" (Швеция) /26/.
Представленные этой фирмой установки в зависимости от типа транспортирующих средств, делятся на тележечные, конвейерные и флюи-дизационные аппараты. В тележечных и конвейерных воздушных скороморозильных аппаратах продукты можно замораживать как в мелкой расфасовке, так и в виде блоков. Эти же аппараты применяют для быстрого замораживания комбинированных штучных продуктов.
Во флюидизационных скороморозильных аппаратах, замораживают в интенсивном и направленном вверх воздушном потоке в основном растительную продукцию. Представителем тележечного типа является скороморозильный воздушный аппарат "Trollyfreeze", который используется в технологической схеме производства широкого ассортимента пищевых продуктов.
Принцип действия аппарата заключается в следующем: продукт, подвергается замораживанию, укладывается на противни, загружается на тележки, которые одна за другой подаются в туннель по направляющему рельсу. В туннеле размещается два ряда тележек. После окончания процесса замораживания тележки с продуктом выталкиваются с помощью гидравлической системы передвижения, затем освобождаются от продукта и снова направляются на загрузку. Производительность такого аппарата 1200 кг/час при температуре кипения холодильного агента (аммиака) минус 40 С.
Воздушные скороморозильные аппараты бывают с цепным, ленточным или спиральным конвейером /19/.
Воздушный скороморозильный аппарат "Triofreeze" фирмы "Frigos-kandia" состоит из трех сетчатых конвейеров с индивидуальным приводом, вентиляторов и фреоновых воздухоохладителей. Замораживаемый продукт подается на ленту верхнего конвейера, пройдя предварительно, быстрое охлаждение и далее подается в противоположный конец аппарата, отсюда по желобу из нержавеющей стали, он поступает на ленту среднего транспортера и опять, через морозильную камеру к выходящему желобу. В настоящее время широкое применение находят воздушные скороморозильные аппараты непрерывного действия с конвейерным перемещением продукта/76,121/.
Схема экспериментальных исследований
Определение физико-химических показателей продукции. Отбор и подготовку проб для физико-химических анализов проводили по ГОСТ 7631-85.
1 Исследования органолептических характеристик сырья проводили по ГОСТ 9959-91
2 Массовый состав определяли, используя общепринятые методики по ГОСТ 7269-79
3 Содержание влаги в продукте определяли методом высушивания навески до постоянной массы при температуре 100 - 105С по ГОСТ 9793-74
4 Массовую долю золы - по ГОСТ 15113.8. Общее содержание белка, жира и влаги определяли экспресс методом на измерительном приборе Infratec.
5 Определение содержания липидов - методом многократной экстракции жира растворителем в аппарате Ю.С. Алешкевич.
Сущность экспресс-метода определения содержания жира в сырье и готовой продукции заключается в использовании в качестве растворителя низкокипящих фторхлорсодержащих углеводородов (типа хладон 11). Специально разработанная лабораторная установка изображена на рис. позволяет выполнять один анализ в течение 10 минут, за счет исключения операции высокотемпературной отгонки растворителя /38, 123/.
Отработана следующая последовательность операций. Внутрь толстостенного стеклянного сосуда 6, сверху теплообменника 8, помещается мицеллоприемник 7. Затем предварительно подогретое сырье в сетчатом патроне загружается в экстрактор 4 при закрытом манипуляторе
5. Сосуд закрывают крышкой 3 с герметизирующим устройством. Внутри крышки смонтирована воронка 2 и теплообменник 1 для подачи холодной воды. Затем через вентиль подают хладон и осуществляют экстракцию.
6 Определение жирнокислотного состава сырья, проводили на газожидкостном хроматографе по модифицированной методике Блайя-Дайера. Для этого пробу гомогенизировали, из гомогенизата брали навеску 5г. Экстракцию липидов проводили смесью растворителей хлороформ -метиловый спирт при соотношении объемов 1:2 объемом 50 мл при температуре 5 ОС в течение 5 часов /82/.
После этого экстракт отделяли от белковой фракции фильтрованием, остаток на фильтрате промывали 50 мл смесью растворителей хлороформ - метиловый спирт - вода при соотношении объемов 1:2: 0,8, а затем хлороформом для полного извлечения липидов. В экстракт добавляли 50 мл 0,1 % раствора КС1 в воде и оставляли на 3 часа при 5 С для полного расслаивания системы. Хлороформный слой, содержащий липиды, отделяли и медленно фильтровали через слой Na2S04 (безв.), упаривали на вакуумном роторном испарителе при 25С и давлении 0,1 МПа. Липиды взвешивали и растворяли в бензоле, отбирали 1 - 2 мг липидов для получения производных.
Приготовление пластинок: брали силикагель зернением 8-12 микрон, смешивали с дистиллированной водой в соотношении объемов 1 : 1 до гомогенного состояния, добавляли при этом 50 мг гипса на каждые 50 мл смеси для закрепления слоя на пластинке. Полученную суспензию наносили тонким слоем на обезжиренные стеклянные пластинки толщиной 1,5 мм размером 6 х 6 см по 1 мл. Пластинки сушили при температуре 20С в течение 6 часов на горизонтальной поверхности. Перед использование пластинки активировали при 110С в течение 1 часа /43/.
7 Фракционный состав белков определялют последовательным экстрагированием водо-, соле- и щелочерастворимых белковых фракций соответственно дистиллированной водой, раствором хлористого калия с массовой долей 5 % и раствором гидроксидом натрия с массовой долей 10 % с последующим количественным определением белка с биуретовым реактивом.
8 Определение общего азота проводили на приборе "Кель-Фосс-Автоматик", который в автоматическом режиме осуществляет базовый метод Кьельдаля. Метод основан на окислении органического вещества при сжигании его в серной кислоте в присутствии катализатора, отгонке образующегося аммиаком паром, улавливании его раствором серной кислоты и оттитровывании несвязанной свободной кислоты щелочью.
По автоматически фиксированному количеству кислоты, пошедшей на титрование, микропроцессор прибора осуществляет расчет массовой доли белка, результаты которого высвечиваются на дисплее.
Каждый раз перед началом работы на приборе осуществляли его калибровку, предусматривающая сжигание 10 мл 3 %-ного раствора сульфата аммония в 25 мл концентрированной серной кислоты в присутствии трех таблеток ртутного катализатора. Последующее проведение анализа предусматривало тщательную гомогенизацию образцов, взвешивание их на беззольной бумаге (масса навески 50 мг) с точностью до 2 10"4 грамм, заворачивание навески в эту бумагу и опускание образца в одну из шести колб, размешенных в "стартовой" зоне прибора, после чего результат выдавался на цифровом дисплее.
9 Критериальные показатели общего химического состава (белково-водный коэффициент (БВК), белково-водно-жировой коэффициент (БВЖК)) определяли расчетным методом, согласно методике предложенной Леванидовым И.П. БВК считался, как отношение содержания белка в мясе рыбы к содержанию в нем влаги и представлялся в процентах. БВЖК считался, как отношение белка в мясе рыбы к сумме содержания в нем влаги и жира, и также представлялся в процентах /94/. 10 Определение аминокислотного состава. Аминокислотный состав белков исследовали на автоматическом аминокислотном анализаторе "Hitachi" CLA-5 по стандартным методикам фирмы "Hitachi". В соответствии с методикой навеску исследуемого образца, содержащую 50 мг белка, взвешивали с точностью до 5 10-4 г, помещали в стеклянную ампулу, заливали 25 мл 6М раствора особо химически чистой соляной кислоты и запаивали. Запаянные ампулы маркировали и помещали в термостат при температуре 115 С, где в течение 22 - 24 часов осуществлялся кислотный и термический гидролиз исследуемого образца. Для учета возможных искажений при определении массовых долей аминокислот, лабильных по отношению к жестким условиям гидролиза, параллельно с исследуемыми пробами, каждый раз подвергали тестированию пробы контрольного белкового препарата (соевый белковый изолят РР - 500 Е) с известным аминокислотным составом. По завершении гидролиза ампулы охлаждали до комнатной температуры, вскрывали и содержимое фильтровали через стеклянный фильтр. Удаление соляной кислоты из фильтрата осуществляли путем двукратного выпаривания в ротационном испарителе при температуре 40 С. Обезвоженный образец растворяли в 10 мл цитратного буфера с рН = 2,2 и в объеме 0,5 мл и через автоматическую систему ввода анализатора подавали сначала в малую, а затем в большую ионообменные колонки, через которые также автоматически последовательно пропускали элюирующие буферные растворы с рН = 5,25; рН = 3,25; рН = 4,25. На выходе из колонки элюат смешивали с нингидри-ном, который при прохождении смеси через термостатируемый при 100 С капилляр окрашивал зоны, содержащие аминокислоты.
Характеристика сырья, входящего в состав замораживания мясорастительного полуфабриката
Современные принципы создания высококачественных пищевых продуктов основаны на выборе и обосновании определенных видов сырья и таких соотношений, которые обеспечили бы достижение прогнозируемого качества готовой продукции, наличие высоких органолептических показателей и определенных потребительских и технологических характеристик. Очевидно, также, что при конструировании таких продуктов необходимо стремиться к максимальной сбалансированности пищевых компонентов по химическому составу. Возможность взаимного обогащения входящих в рецептуру продукта ингредиентов по одной или нескольким эссен-циальным составляющим наблюдается при комплексном использовании сырья различного происхождения. Поэтому при разработке рецептур полуфабрикатов нами использована комбинация растительного и мясного сырья как композиция, наиболее полно отвечающая формуле сбалансированного питания.
При создание многокомпонентных продуктов питания важную роль играет правильный подбор сырья.
Анализ медико-биологических требований и реализация методов исследования химического состава сырья позволили отобрать из многочисленного ряда ингредиентов наиболее перспективные для проектирования рецептурной композиции продукты. В качестве такого сырья предлагается использовать: мясо говядины (I категории), свинину жирную и районированные в Краснодарском крае морковь сладкую сорт "Несравненная", лук репчатый сорт "Стимул", рис зерновой, сорго зерновое, крапива, мука из расторопши, зелень петрушки, перец сладкий сорт "Здоровье", С02-экстракты перца черного и зиры.
Известно, что продукты растительного происхождения содержат ряд полезных веществ, которые практически отсутствуют в продуктах животного происхождения: пищевые волокна, эфирные масла, дубильные и ароматические вещества, органические кислоты, фитонциды, витамин С, Р -каротин, кальциферол. Содержащиеся в овощах органические кислоты облегчают усвоение труднорастворимых соединений кальция, фосфора и железа, благоприятно влияют на процессы пищеварения, способствуют созданию определенного состава микрофлоры, тормозят процессы гниения в желудочно-кишечном тракте. Дубильные вещества, попадая в кишечник, замедляют его двигательную активность, оказывают противовоспалительное действие. Пищевые волокна способствуют ускоренному выведению из организма различных канцерогенных и токсичных элементов, а также продуктов неполного переваривания пищевых веществ. Эфирные масла повышают секреторную функцию желудка и оказывают антимикробное действие. Витамин Д нормализует обмен кальция и фосфора в организме, участвует в минерализации костей. Витамин С увеличивает сопротивляемость организма к инфекциям, регулирует обмен холестерина в организме и функции эндокринной и нервной систем. Кроме того, витамин Сир — каротин являются природными антиоксидантами, способными разрушать свободные окислительные радикалы, которые образуются при действии на организм различных повреждающих факторов.
Введение в рецептуры СОг - экстрактов пряностей способствовало получению продуктов с более богатым спектром вкусовых и ароматических характеристик. Кроме того, их введение позволило обогатить продукты комплексом биологически активных веществ, необходимых для нормального функционирования организма.
Выбор сырья, предполагаемого для производства перца сладкого фаршированного на мясорастительной основе, способствует определению его химического состава, является начальным этапом для компьютерного моделирования рецептурных композиций, сбалансированных по широкому ряду важнейшим компонентов.
Морковь сладкая сорт« Несравненная» ГОСТ 1721
Внешний вид, корнеплоды должны быть свежими, не увядшими, без заболеваний, целыми не треснутыми, не мокрыми, не загрязненными, без повреждения сельскохозяйственными вредителями, однородными по окраске, свойственной данному ботаническому сорту, не уродливыми по форме, с длиной оставшихся черенков не более 2 сантиметров.
Размер корнеплодов по наибольшему поперечному диаметру 2.5-6.0 сантиметров. Содержание корнеплодов треснувших, поломанных, уродливых по форме с неправильно обрезанной ботвой не более 5.0%. Содержание корнеплодов загнивших, подмороженных не допускается. Наличие земли прилипшей к корнеплодам 1.0% к массе.
Лук репчатый свежий «Стимул»
Внешний вид, луковицы вызревшие, здоровые, чистые, целые, не проросшие, без повреждений сельскохозяйственными вредителями, типичных для ботанического сорта, формы и окраски с наружными чешуйками и с высушенной шейкой длиной 2-5 сантиметров включительно. Запах и вкус свойственные данному ботаническому сорту, без посторонних запахов и привкусов. Размер луковиц по наибольшему диаметру не менее 3 сантиметров для овальных форм. Содержание луковиц с недостаточно высушенной шейкой 15%. Содержание земли прилипшей к луковицам не более 0.5%).
Обоснование выбранного сырья, для создания мясо растительных полуфабрикатов.
Обоснование выбранного сырья, для создания мясорастительных полуфабрикатов. Современные принципы создания высококачественных пищевых продуктов основаны на выборе и обосновании определенных видов сырья и таких соотношений, которые обеспечили бы достижение прогнозируемого качества готовой продукции, наличие высоких органолептических показателей и определенных потребительских и технологических характеристик. Очевидно, также, что при конструировании таких продуктов необходимо стремиться к максимальной сбалансированности пищевых компонентов по химическому составу. Возможность взаимного обогащения входящих в рецептуру продукта ингредиентов по одной или нескольким эссенциальным составляющим наблюдается при комплексном использовании сырья различного происхождения. Поэтому при разработке рецептур полуфабрикатов нами использована комбинация растительного и мясного сырья как композиция, наиболее полно отвечающая формуле сбалансированного питания. Оптимальное сочетание сырья животного и растительного происхождения, способствует лучшему усвоению белков животного происхождения и наряду с этим происходит обогащение мясопродуктов ценными биологически активными веществами. Исследованиями установлено, что употребление овощей вместе с мясом, характеризуется увеличением отделения желудочного сока почти в два раза, по сравнению с количеством, выделяемым на каждый из этих продуктов отдельно, что способствует значительному улучшению процессов пищеварения желудочно-кишечного тракта.
Использование растительного сырья в производстве мясорастительных продуктов, улучшает вкусовые и ароматические свойства, что способствует увеличению выхода готового продукта, а также обладает антиокислительным действием.
Особое внимание следует уделить подбору растительных ингредиентов, их соотношению и совместимости с мясным сырьем. При производстве мясорастительных полуфабрикатов, растительное сырье составило 60 % ,от общего количества фарша.
При конструировании новых видов рецептур использовали морковь сорта «Несравненная», которая содержит углеводы, Р- каротин и имеет ценный минеральный состав. Активизирует внутриклеточные окислительно-восстановительные процессы, регулирует углеводный обмен. В моркови количество сухих веществ 11-13 %, в том числе сахаров-до 7 %, белков- 1,3 %, целлюлозы-1 %. Морковь богата Р каротином (до 9 мг на 100 г), содержит витамин С - 5 мг на 100 г. Имеются витамины В і, B2, Вб, К, РР, пантотеновая и фолиевая кислоты, стерины, флавоноиды, эфирное масло, пектиновые вещества, легкоусвояемые соли калия, кальция, железа, фосфора и т. д.
Использовали лук репчатый сорта «Стимул», содержащий 14 % сухих веществ, белков - 1,4 %, углеводов -8 - 18,5 % , в том числе фруктозу, сахарозу, мальтозу, полисахарид инулин. Имеются витамины С, В, ферменты, сапонины, соли калия, кальция, фосфора, железа. Запах лука обусловлен содержанием в нем эфирного масла. Главной составной частью являются тиоспирты С6 Нп S2, а также аллилгорчичные масла.
Перец сладкий «Здоровье», содержит белок - 1,3 %, влаги 92,6 %, в том числе сахарозу, фруктозу, полисахарид. Богат витаминами С, группы В, а также минеральными веществами калий, кальций, натрий, фосфор, железо.
Рис, выбранного нами сорта «Зерновой», богат содержанием крахмала, белков, Сахаров и витаминов. Количество крахмала в зерне риса достигает 68 %, а в полированном рисе от 71 до 86 %. Также в достаточно больших количествах в рисе содержатся сахара (4 %) и клетчатка (12 %).
Содержание белков в рисе колеблется в пределах от 5 до 11 %. Кроме белковых веществ в рисе содержатся и другие азотистые соединения: свободные аминокислоты и их амиды, свободные нуклеиновые кислоты, некоторые пептиды и ряд других соединений. Содержание жиров в зерне риса составляет 1,6-3,2 %. Наряду с жирами в рисе присутствуют фосфатиды и стериды. Среди других составных частей, определяющих пищевую ценность риса, большое значение имеют витамины. Особенно много в рисе витаминов группы В, РР, Е и др.
