Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ существующих способов переработки икры морских ежей
1.1. Анализ рынка морских ежей в мире 11
1.2. Оценка промысловых запасов морских ежей на Дальнем Востоке и перспективы развития производства их икры на Камчатке 19
1.3. Химический состав и свойства икры морских ежей 27
1.4. Анализ способов производства икры морских ежей и продуктов её переработки 33
1.4.1. Определение сорта икры и гонадного индекса сырца. Производство свежей икры морских ежей 33
1.4.2. Посол икры морских ежей 38
1.4.3. Икра горячей обработки и смесевые продукты 40
1.4.4. Мороженая икра морских ежей 42
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований
2.1. Методологический подход к организации исследований 48
2.2. Объекты исследований 49
2.3. Методы исследований 51
ГЛАВА 3. Аналитические исследования процесса замораживания икры морских ежей
3.1. Влияние температуры замораживания и температуры хранения на свойства и химический состав икры морских ежей 55
3.2. Обоснование скорости замораживания икры морских ежей 63
3.3. Анализ существующих методик расчета продолжительности процесса замораживания пищевых продуктов 68
3.4. Расчет теплофизических характеристик икры морских ежей 75
3.5. Аналитическое исследование процесса замораживания икры морских ежей 85
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования процесса замораживания икры морских ежей. Технико-экономическая оценка
4.1. Описание экспериментальных стендов 96
4.2. Экспериментальное исследование параметров процесса замораживания икры морских ежей 104
4.3. Анализ результатов экспериментальных исследований по замораживанию икры морских ежей при различных температурных режимах 114
4.4. Технологические исследования качественных изменений икры морских ежей при замораживании и последующем хранении 117
4.5. Разработка технологии замораживания и хранения икры морских ежей 142
4.6. Разработка и утверждение нормативной документации, производственные испытания и внедрение технологии 143
4.7. Технико-экономическая оценка 145
Выводы 151
Литература
- Оценка промысловых запасов морских ежей на Дальнем Востоке и перспективы развития производства их икры на Камчатке
- Определение сорта икры и гонадного индекса сырца. Производство свежей икры морских ежей
- Анализ существующих методик расчета продолжительности процесса замораживания пищевых продуктов
- Анализ результатов экспериментальных исследований по замораживанию икры морских ежей при различных температурных режимах
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Гидробионты являются одним из важнейших источников незаменимых для человека питательных веществ, таких как полноценный белок, легкоусвояемые жиры, витамины и минеральные вещества. Ежегодно во всем мире добываются миллионы тонн гидробионтов. Часть добытого мирового улова идет на реализацию в свежем виде, однако наибольшая часть поступает на производство моролсеной продукции. В настоящее время развитие океанического промысла и истощение запасов промысловых видов рыб привело к расширению районов промысла. Удаленность промысловых районов от рынков сбыта повлекла за собой необходимость совершенствования существующих и разработку новых способов замораживания, позволяющих в максимальной мере сохранить качество выпускаемой продукции длительное время.
Известно, что наиболее распространенным способом сохранения качества пищевых продуктов является замораживание.
Исследованиями в области влияния низкотемпературной обработки на качество пищевых продуктов занимались Д. А. Христодуло, Д. Г. Рютов, В. П. Быков, В. П. Зайцев, Е. М. Родин, Н. Ф. Михайлова, И. Г. Алямовский, Г. Б. Чижов, Н. А. Головкин, Б. Н. Семенов, А. М. Бражников, К. П. Венгер, В. Н. Эрлихман, Ю. А. Фатыхов и многие другие ученые. Результаты этих исследований стали теоретической базой для разработки технологий по производству быстрозамороженных продуктов. Однако, применяемые в пищевой промышленности способы производства мороженой икры морских елсей не обеспечивают требуемого качества, что проявляется в потемнении ястыков, выделении на их поверхности лселточной массы и появлении горького вкуса после дефростации. Кроме того, исследования в области замораживания икры морских ежей на настоящее время - недостаточны.
Массовые скопления промысловых видов морских ежей рода Strongylo-centrotus в нашей стране отмечены вдоль побережья Дальнего Востока в при брежных водах Приморья, Сахалина, Курил, Камчатки, а также в Баренцевом море. Однако промысел развит лишь в районах, расположенных в непосредственной близости от Японии, где располагается крупнейший рынок сбыта продукции из морских ежей. Добытого у берегов Приморья и Сахалина морского ежа обычно отправляют на экспорт в неразделанном виде. В богатых промысловыми запасами морских ежей районах, таких как Камчатка и Северные Курилы, добыча ведется в минимальных количествах, так как производство основного продукта переработки морских ежей - икры - связано с большим риском порчи дорогостоящей продукции.
Основная задача при производстве икры морских ежей заключается в сохранении её качества в течение продолжительного времени.
Икра морских ежей используется в народной медицине ряда стран мира не только как ценный пищевой продукт, но и как высокоэффективная лечебно-профилактическая натуральная пищевая добавка. Лечебно-профилактическое действие икры морских ежей доказано исследованиями, проведенными Российским НИИ гематологии и трансфузиологии (Санкт-Петербург, 1994 г.) и НИИ питания Минздрава Украины (Киев, 1995-1996 гг.). Органолептические, физико-химические и клинико-гигиенические исследования доказали, что икра морских ежей обладает лечебно-профилактическими свойствами. Употребление икры морских ежей способствует улучшение общего самочувствия, повышению физической и умственной работоспособности, улучшению внимания, памяти и сосредоточенности, снижению утомляемости, появлению чувства уверенности, повышению устойчивости организма к неблагоприятным, токсичным факторам, а также улучшает обменные процессы, повышает энергичность, половую активность и жизненный тонус. Кроме того, употребление икры морских ежей оказывает благоприятное действие на сердечно-сосудистую систему и функцию щитовидной железы.
Учитывая высокую пищевую ценность и растущий спрос на икру морских ежей на международном рынке, актуальной задачей является разработка технологии производства мороженой икры морских ежей, позволяющей со хранить её свойства и качество продолжительное время в максимальной степени приближенными к качеству свежего продукта. Для этого требуется комплекс новых научных данных, что и определяет актуальность выбранной темы, а также цели и задачи исследования.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в разработке технологии производства мороженой икры морских ежей, обеспечивающей сохранение качества, биологической и пищевой ценности её после дефростации, максимально приближенных к свежему продукту. Внедрение данной технологии позволит повысить уровень использования гидробионтов на Камчатке и обеспечить экономическую целесообразность производства.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Достижение поставленной цели осуществлялось путем решения следующих задач, сформулированных по результатам анализа литературы и поставленных в процессе проведения исследований:
- исследовать влияние скорости замораживания и температуры хранения на качество мороженой икры морских ежей после её дефростации, а также исследовать основные факторы, влияющие на скорость замораживания пищевых продуктов;
- определить значения теплофизических характеристик икры морских ежей и разработать методику расчета продолжительности её замораживания;
- организовать экспериментальный стенд для проведения исследований по определению основных параметров процесса замораживания икры морских ежей в воздухе при различных температурах и проверить адекватность предложенной методики расчета продолжительности замораживания икры морских ежей;
- провести оценку качества путем исследования органолептических, физико-химических и реологические показателей икры морских ежей, замороженной при разных температурных режимах и хранившейся при различных температурах;
- разработать нормативно-техническую документацию на производство мороженой икры морских ежей и провести производственные испытания;
- провести технико-экономический анализ и дать оценку предложенной технологии замораживания икры морских ежей.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научно обосновано замораживание икры морских ежей в воздухе при температуре минус 80 °С, позволяющее сократить продолжительность процесса в 3 раза по сравнению с воздушным замораживанием при температуре минус 40 °С, широко распространенным в пищевой промышленности, и увеличить скорость замораживания до значений, отвечающих режиму быстрого замораживания, что уменьшает негативное влияние замораживания на данный продукт.
Научно обоснован режим хранения мороженой икры морских ежей при температуре минус 40 °С, позволяющий сохранить показатели качества, биологическую и пищевую ценность икры морских ежей после дефростации близкими к свежей икре.
Экспериментально обоснована технология производства мороженой икры морских ежей, заключающаяся в замораживании контейнеров с икрой в потоке воздуха при температуре минус 80 °С и скорости воздуха 3,5 м/с, с последующим хранением при температуре минус 40 °С, что позволит сохранить качество икры морских ежей после дефростации и повысить экономическую эффективность разработки.
Предложена методика расчета продолжительности замораживания икры морских ежей в потоке воздуха при различных температурных режимах, учитывающая изменение значений теплофизических характеристик икры в процессе замораживания.
Экспериментально получены процессные параметры замораживания икры морских ежей при разных температурах воздуха.
Получены новые экспериментальные данные по влиянию холодильной обработки на физико-химические показатели икры морских ежей, а также впервые для оценки консистенции ястыков использован показатель упругой деформации, характеризующий их реологические свойства.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Получены: акт о производственных испытаниях разработанной технологии производства икры морских ежей ястычной мороженой на предприятии Рыболовецкая артель «Пасифик Маркет» (г. Петропавловск-Камчатский); акт о внедрении результатов НИР на предприятии РА «Пасифик Маркет» (г. Петропавловск-Камчатский); акт о внедрении результатов НИР в учебный процесс Камчат-ГТУ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Практическая значимость заключается в разработке технологии производства мороженой икры морских ежей, позволяющей получить после дефростации продукт, наиболее близкий по показателям качества, биологической и пищевой ценности к свежей икре.
Разработан и организован экспериментальный стенд для исследования процессов замораживания и хранения пищевых продуктов в воздушной среде при температурах от минус 20 °С до минус 86 °С, а также стенд по хранению мороженой продукции в камере, охлаждаемой парами жидкого азота. Стенды использованы в учебном процессе и в научных исследованиях.
Разработана и утверждена «Технологическая инструкция по производству икры морских ежей ястычной мороженой» (ТИ № 002-2006).
Проведена промышленная проверка результатов исследований на предприятии Рыболовецкая артель «Пасифик Маркет» и получен акт о внедрении разработанной технологии производства мороженой икры морских ежей.
Проведена технико-экономическая оценка разработанной технологии, показывающая её эффективность.
Результаты научных и экспериментальных исследований использованы в учебном процессе КамчатГТУ.
ПОЛОЖЕНИЯ. ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
- обоснование целесообразности развития производства икры морских ежей на Камчатке;
- результаты исследования факторов влияющих на ход процесса замораживания;
- результаты исследования влияния холодильной обработки на качество икры морских ежей после дефростации;
- исследования качественных изменений в икре морских ежей, дефро-стированной после замораживания при различных температурных режимах и последующего хранения при разных температурах;
- технологию производства икры морских ежей мороженой;
- экономическую эффективность производства икры морских ежей мороженой по разработанной технологии.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы обсуждались и докладывались:
- на международной научно-практической конференции «Рыбохозяйст-венное образование Камчатки в XXI веке», г. Петропавловск-Камчатский, 2002;
- на международной научной конференции «Индустрия холода в XXI веке» г. Москва, 2004 г.;
- на межрегиональной конференции «Экономические, социальные, правовые и экологические проблемы Охотского моря и пути их решения», г. Петропавловск-Камчатский, 2004 г., 2006 г.;
- на международной научно-практической конференции «Природоре-сурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России», г. Пенза, 2005 г.;
- на международной научной конференции «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана», г. Владивосток, 2005 г.;
- на международной научно-практической конференции «Наука и тех нологии: шаг в будущее - 2006», г. Белгород, 2006 г.;
- на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов КамчатГТУ (2002-2006 гг.).
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах, включая издания, входящие в перечень, рекомендуемый ВАК.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из общей характеристики работы; четырех глав, включающих обзор литературы, методику выполнения работы, аналитические исследования, экспериментальную часть; выводов; списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста и содержит 54 рисунка, 21 таблицу и 6 приложений на 19 страницах. Список литературы содержит 182 наименования, в том числе 49 - иностранных авторов.
Работа выполнялась в соответствии с планом НИР КамчатГТУ «Разработка новых и оптимизация существующих холодильных установок для создания современных условий переработки, транспортировки и хранения морепродуктов» № 0120.0507337.
Оценка промысловых запасов морских ежей на Дальнем Востоке и перспективы развития производства их икры на Камчатке
К основным промысловым видам морских ежей относятся следующие: Strongylocentrotus pulcherrimus, S. intermrdius, S. nudus, S. droebachensis, S. pallidus, S. polyacanthus [66, 167]. На рис. 6 представлены фотографии наиболее распространенных видов морских ежей на Камчатке.
Морские ежи рода Strongylocentrotus относятся к самому распространенному роду правильных морских ежей, обитающих в морях России [12]. Они имеют сферическую форму, немного сплющенную в вертикальном направлении, со слегка расширенной нижней частью. Они покрыты иглами (что и определяет их название), которые для каждого вида отличаются длиной и окраской.
Рис. 6. Виды морских ежей, обитающих в прибрежных водах Камчатки [28]: а-зелеиый морской еж- (S. Droebachensis); б-палевый .морской еж (S. Pallidas); в-многоиглый морской еж (S. Poly acanthus). в ylocentrotus droebachiensis - зеленый морской еж Диаметр панциря достигает 90-100 мм. Поверхность покрыта иглами длиной до 15 мм, цвет которых варьируется от грязно- до темно-зеленого, а концы иногда окрашены в сиренево-коричневые тона. Поверхность панциря, ротовой мембраны и суставных сумок игл имеет фиолетовый цвет.ylocentrotus intermedins - серый морской еж
Диаметр панциря в большинстве случаев не превышает 80 мм. Игольный покров густой, однородный, из довольно грубых коротких игл, или неоднород ный: вторичные иглы заметно длиннее первичных. Окраска весьма разнообразна: у первичных игл - фиолетовая с коричневыми кончиками, белая и фиолетово-белая, темно-зеленая с фиолетовой или красноватой вершиной, коричневая; у вторичных - темно-коричневая, зеленоватая, светло-зеленая, ярко-красная с отчетливыми более темными вертикальных полосами или без них.
Strongylocentrotus nudus - черный морской еж
Диаметр панциря достигает 100 мм. Первичные иглы длинные - до 30 мм, много длиннее вторичных игл. Панцирь и иглы почти черные, с фиолетовым оттенком. Амбулакральные ножки на брюшной стороне светлые.
Strongylocentrotus pallidus - палевый морской еж
Диаметр панциря около 80-95 мм. Игольный покров ровный, более редкий, чем у других видов, иглы короткие, не более 15 мм. Окраска игл довольно разнообразная-чаще зеленая различных оттенков, реже - светло-коричневая. Поверхность панциря бледно-кремовая или неокрашенная. Strongylocentrotus polyacanthus - многоиглый морской еж Диаметр панциря достигает 80-100 мм. Игольный покров ровный, густой, иглы короткие, не более 15 мм. Окраска игл ярко-зеленая, салатная, без вариаций.
Сырьевая база морских ежей на Дальнем Востоке достаточно богата. Распределение популяций некоторых видов морских ежей рода ylocentrotus в морях Дальнего Востока представлено на рис. 7. В прибрежных водах Японского моря и у охотоморского побережья Сахалина промысел ведется преимущественно наylocentrotus intermedins и ylocentrotus nudus. Наибольшее количество S. intermedins было найдено на глубине до 25 м. С увеличением глубины до 40 м количество находок резко сокращается. Много реже данный вид можно встретить на глубинах, не превышающих 225 м. Зона обитания S. nudus простирается на глубинах от 0 до 250 м, причем в более южных районах глубины обитания данного вида увеличиваются. В заливе Восток Японского моря сообщество видов S. intermedins и S. nudus распространено на глубине 2-6 м при общей биомассе 712,3 г/м2 [90]. В заливе Петра Великого биомасса S. nudus составляет 200-500 г/м [66]. К юго-западному побережью Сахалина на глубине до 1 м распространен S. intermedins, плотность популяции О 0 0 которого лежит в пределах от 22 экз/м при биомассе 644 г/м до 795 экз/м при биомассе 14,5 кг/м2, что зависит от сезона и рельефа дна [109]. Перспективным объектом промысла в Северном Приморье считаетсяylocentrotus pallidus. Глубина обитания этого вида лежит в широких пределах. В умеренных водах он предпочитает глубину от 25 до 250 м. В южной части Японского моря S. pallidus встречается на глубине 60-70 м. S. pallidus считается глубоководным видом морских ежей, поэтому добыча его затруднена отсутствием эффективных орудий лова и приманок для таких глубин. Однако промысловые запасы данного морского ежа в Северном Приморье оцениваются в 10 тыс. т [66]. У побережья Курильских островов промысел ведется преимущественно на S. intermedius, которого целиком отправляют в Японию в неразделанном виде.
В районе полуострова Камчатка наблюдаются массовые скопления некоторых промысловых видов морских ежей. На рис. 8-Ю представлены карты Авачинского залива с обозначением районов исследования запасов морских ежей [11].
Определение сорта икры и гонадного индекса сырца. Производство свежей икры морских ежей
Основным продуктом переработки морских ежей являются гонады. Гонады обоих полов одинаково ценны и различаются только при микроскопическом исследовании [63]. Поэтому при дальнейшем рассмотрении будем использовать обобщенное понятие - икра.
Для оценки кондиционного ежа используют гонадный индекс [65, 157, 158,167], который представляет собой процентное содержание икры в морском еже от общей массы ежа. Определение гонадного индекса ведется по следующей методике.
Из общей массы неразделанных морских ежей производят случайную выборку образцов, которые взвешиваются, затем раскалываются для выемки икры. Икра визуально, по цветам, сортируется на три сорта: 1-й сорт - желтая и красновато-желтая икра; 2-й сорт - серая икра различных оттенков; 3-й сорт - черная и коричневая икра, икра с молочком, мелкие гонады. Полученные образцы икры взвешиваются по трем сортам, затем опреде ляется гонадный индекс (G %) по формуле (1.1) (1.1) „ шг-100 CJ = m. где me и mr - масса ежа и масса икры соответственно, г, Затем определяют коэффициент стоимости (К) икры по сортам следующим образом: 1-й сорт: Ki = 1; 2-й сорт: Кг = 0,5; 3-й сорт: Кз = 0.
После этого определяют гонадный индекс партии в пересчете на один сорт по формуле (1.2) 0,,=0,-К,+02-К2+Оз-К3. (1.2)
После оценки гонадного индекса партии морских ежей отправляют на переработку. Переработка морского ежа - достаточно сложный и трудоемкий технологический процесс, требующий большого количества опытного персонала и материальных затрат [15].
Обобщенная схема технологического процесса производства икры морских ежей, применяемая российскими и зарубежными производителями, представлена на рис. 12.
В России действует нормативно-техническая документация, по которой производится приемка и переработка морских ежей: ТУ, ТИ 9253-029-00472182-05 «Ежи морские - сырец», ТУ, ТИ 9265-030-00472182-05 «Икра морских ежей охлажденная» [108, 118, 119], а также патент № 2157648 «Способ приготовления икры морских ежей» [86].
Переработка морских ежей начинается с расколки панциря и выемки яс-тыков икры, которые затем поступают на двух-, трехкратную промывку. После этого икра обсушивается и поступает на дальнейшую переработку.
После выемки из панциря промывки и обсушивания, к икре, перед дальнейшей обработкой предъявляются очень высокие требования. При оценке качества икры учитываются следующие показатели: степень свежести, цвет, консистенция, размер и форма ястыков, вкус и запах.
При оценке свежести, наиболее ценной считается икра, полученная при переработке живого ежа. Далее оценка зависит от срока хранения сырца до переработки, который не должен превышать трех суток хранения на воздухе, при температуре 2 - 5 С.
Ястыки отличаются цветом, и при их оценке используются специальные приспособления и таблицы [69, 70, 167]. На рис. 15 представлена таблица цветовых оттенков ястыков икры морских ежей. Наиболее предпочтительными являются оттенки ярко-желтого, оранжевого и розового цветов - это 1-ый сорт. Икра желто-серого цвета и его тонов -2-й сорт, коричневая и черная икра - 3-й сорт.
Ястыки должны быть плотные и упругие, без посторонних включений и повреждений. По консистенции ястыки должны быть упругими, сочными и обладать однородной структурой.
Ястыки дол лены иметь четко выраженную форму, т. е. не расползаться и не быть слишком больших или маленьких размеров. Наибольшим спросом пользуются ястыки размером 4 - 5 см.
По вкусу икра морских ежей сладковатая, напоминает яичный желток со слабым привкусом йода. Запах икры напоминает запах свежего огурца. Ряс. 13. Градация икры морских ежей по цвету
Максимальную ценность имеет икра, получившая высшую оценку по всем категориям. Такая икра идет на реализацию в свежем или охлажденном виде и имеет самую высокую стоимость. Икра, не соответствующая высшей оценке хотя бы по одному из критериев, резко падает в цене и в основном идет на дальнейшую переработку: посол, высушивание, термообработку (жареная, вареная икра), производство порошкообразного продукта и различных БАД и БАВ [16, 62, 63, 84, 117].
При изготовлении свежую икру сортируют по цвету, отдавая предпочтение ястыкам размером 4 - 5 см. Более предпочтительны цвета от ярко-желтого до ярко-оранжевого. Красновато-оранжевый и розовый цвета также высоко ценятся, но имеют более высокое содержание жира и не обладают столь же долгим сроком хранения при одинаковой обработке [69, 70]. Икру равномерно выкладывают в пластиковые или деревянные контейнеры емкостью 100 - 350 г
Анализ существующих методик расчета продолжительности процесса замораживания пищевых продуктов
Вычислением продолжительности замораживания и распределением температуры по толщине продукта простой геометрической формы (неограниченная пластина, цилиндр, шар) занимались многие исследователи: Д А. Хри-стодуло, Д. Г. Рютов, И. Г. Алямовский, Г. Б. Чижов, Н. А. Головкин, Б. Н. Семенов, А. М. Бражников, К. П. Венгер и др. При этом в основу исследований были положены труды Ляме, Клапейрона, Неймана, Стефана, Планка [4, 5, 24, 39, 60, 96, 98,100,126,127,129,149 и др.].
Математическое описание и анализ процесса замораживания основаны на следующих факторах:
1) объект исследования рассматривается как однородная среда; его свойства проводить тепло определяются коэффициентом температуропроводности, значение которого призвано оценивать индивидуальные свойства объекта иссле дования;
2) продукт разбивается на две области: область, где происходит понижение температуры; и область, где это понижение еще не происходит. Между ними имеется граница раздела, которая вначале определяет температурный фронт, а затем фронт кристаллизации по мере понижения температуры объекта до крио-скопической;
3) скорость распространения температурного фронта и фронта кристаллизации в таком представлении позволяет пользоваться обыкновенным дифференциальным уравнением. В этом состоит гипотеза приближенного решения уравнения теплопроводности объектов замораживания [25].
Однако задача по вычислению времени замораживания осложнена тем, что граница раздела фаз, жидкой и твердой, перемещается, поэтому её называют задачей о теплопроводности с подвижной границей раздела.
Решение задачи теплопроводности с подвижной границей раздела фаз, при различных граничных условиях, теплофизических характеристиках замораживаемого тела и т.д. предложили еще в XIX в. сначала Клапейрон, а затем Нейман и Стефан.
Классическим решением задачи о продолжительности процесса замораживания продукта является формула Р. Планка (1913 г.), которая основана на следующих допущениях [60, 61, 96, 97,129]: - однородное влагосодержащее тело перед замораживанием охлаждено до криоскопической температуры; - льдообразование происходит без переохлаждения и совершается изотермично при криоскопической температуре, а теплофизические свойства замороженной части общего объема тела не зависят от температуры; при этом теплоемкость замороженной части равна нулю; - замораживание происходит путем отвода тепла от поверхности тела при постоянстве коэффициента теплоотдачи и температуре теплоотводящей среды.
В процессе замораживания в пищевых продуктах происходит изменение теплофизических характеристик. Это связано с фазовым переходом влаги, со держащейся в продукте, из жидкого состояния в кристаллообразное при понижении температуры ниже криоскопической txp.
Условие о теплоемкости замороженного слоя, равной нулю, было принято, чтобы приравнять теплоту, выделенную при замораживании, и теплоту отведенную во внешнюю среду. Общий вид формулы Планка для тел простой геометрической формы будет записан в виде уравнения (3.4) T=q-p-5 Р у «А ;=i -, і А, (3.4) где S - разность между температурой замерзания продукта и температурой олаждающей среды, С; n g _L - сумма термических сопротивлений промежуточных слоев между І=1 А; продуктом и хладоносителем, м2 С/Вт.
Авторами работы [149] рассматривается методика расчета продолжительности замораживания по формуле Планка с учетом коэффициента Os, характеризующего зависимость симметрии теплового потока замораживаемого тела от его конфигурации. При расчете принято допущение, что условия на границе тела и внешней среды остаются постоянными или усредняются. Такое допущение приводит к значительным погрешностям в вычислениях при быстром замораживании, когда интенсивность теплоотвода значительно уменьшается по мере продвижения фронта кристаллизации. Кроме того, после достижения криоскопической температуры термическим центром необходимо время для доведения объекта до заданной среднеобъемной температуры, которая, как правило, значительно ниже криоскопической: где L - характерный линейный размер, м; Ф8 - коэффициент, характеризующий форму тела: при двустороннем замораживании пластины - Ф3=2; цилиндра - DS=4; шара - Ф8= 6.
Аналитическое решение задачи о продолжительности замораживания плоской пластины толщиной 8 = 21 от начальной температуры выше криоско-пической (tH txp) до конечной температуры центра ниже криоскопической (tK tKp) было получено Д. Г. Рютовым [100,126].
Для учета влияния начальной температуры пластины на продолжительность замораживания к количеству тепла, отводимого от единицы массы продукта при замораживании, автором введен множитель (1 + 0,0053tH). В формуле продолжительности замораживания пластины от начальной температуры tH до конечной заданной tK введен также корректирующий множитель п, который представляет функцию критерия Био, где в качестве определяющего размера взята толщина пластины [126]: ґ t ln_J!P_JL_o,21 LKp ьс/ " V к " ""с J (l + 0,0053tj п-см (3.6) + 2 8-LJ к К. 8 + а ) где п - поправочный коэффициент, учитывающий условия замораживания [126]; г - удельная теплота кристаллизации воды, Дж/кг; см - удельная теплоемкость замороженного продукта, Дж/кг К; tH, tK - начальная и конечная температуры продукта, С. И. Г. Алимовский внес в формулу Д. Г. Рютова, уточнение: начальный период замерзания распределение температуры в объекте - параболическое [4].
Авторами работы [61] предложена модель для расчета продолжительности замораживания бесконечной пластины, отличающейся простой математической формой и приведенной к формуле Планка с учетом периода доморажи-вания и процесса движения фронта кристаллизации.
Анализ результатов экспериментальных исследований по замораживанию икры морских ежей при различных температурных режимах
Все опыты проводились с икрой зеленого морского ежа (Strongylocentrous droebachiensis), выловленного с июня по октябрь в 2004 - 2005 гг и февраль - май 2006 г. Морских ежей доставляли в лабораторию КамчатГТУ в живом виде в течение 24 ч после вылова. Подготовку икры морских ежей осуществляли по схеме, изображенной на рис. 15 (п. 1.4), до пункта «Замораживание». Подготовку водного раствора хлорида натрия, водного раствора лимонной кислоты и хлорида натрия с последующим охлаждением до температуры плюс 5 С перед проведением экспериментов осуществляли в лаборатории кафедры ХМ и У КамчатГТУ.
В лаборатории при помощи кухонных ножей, панцирь ежа раскалывался в горизонтальной плоскости, после чего вынимались ястыки икры. Они промывались в 2 - 3 %-ном водном растворе хлорида натрия, {2-3 промывки) до полного очищения от примесей (внутренних органов и осколков панциря) и вымачивались в 0,1 - 0,5 %-ном водном растворе лимонной кислоты и 2 - 3 %-ного раствора хлорида натрия в течение 15 - 60 мин для повышения их упругости. После этого икра обсушивалась при помощи влагопоглощающих салфеток. При этом ястыки икры раскладывались на салфетках, покрывались сверху такими же салфетками и переворачивались. Затем салфетка, оказавшаяся сверху, менялась на сухую, и икра снова переворачивалась. Таким образом менялись 10-35 салфеток до полного отсутствия на них влажных пятен.
После обсушивания ястыки икры укладывали в полипропиленовые контейнеры размером 100x70x25 мм и емкостью 130 г, в которых проводились последующее замораживание и хранение. Ястыки укладывались один к одному в одном направлении, «шовчиком» вверх, (рис. 33). с очень «нежной» структурой может легко быть подвергаться механическим разрушениям, данная толщина продукта выбрана из условия целостности уложенных ястыков, как отмечалось в п. 3.2.
Перед экспериментами проводилась подготовка стенда изображенного на рис. 28. В камеру 1 заводились термопары 4, фиксирующие показания температуры воздуха, устанавливалось необходимое количество стеллажей 16, вентилятор 6 и датчик 2 электронного анемометра 14. Камера 1, персональный компьютер 11, приборы 12, 13 и весы 10 включались в сеть. Достижение минимальной температуры воздуха минус 85 С и установление стационарного режима в камере происходило через 6 ч с момента пуска. Показания температуры воздуха в камере высвечивались на дисплее блока управления 7 камеры, приборе 13 ИРТ-4 и мониторе компьютера 11. По достижении температуры на 3 -5 С ниже заданной производилась загрузка камеры. Это позволяло соблюсти нужный температурный режим при проведении исследований, так как во время загрузки камеры происходит повышение температуры на 3 - 5 С.
Опытные образцы с закрепленными на них термопарами и датчиком тепломера, как показано на рис. 30, помещались в камеру замораживания, после чего дверцы камеры закрывали и включали вентилятор. Показания температуры в центре и на поверхности образцов, а также плотности теплового потока поступали к приборам УКТ-38 и ИРТ-4, а затем отображались в виде графических зависимостей на мониторе персонального компьютера. Таким образом, на мониторе ПК получали график с четырьмя кривыми.
После замораживания часть образцов дефростировалась в воздухе при комнатной температуре 18 - 20 С и поступала на технологические исследования, а оставшиеся образцы плотно закрывались крышками и помещались на хранение.
С целью определения влияния температуры и продолжительности хранения на качество икры морских ежей замороженные образцы хранились в камере Sanyo MDF-U3086S при температуре минус 40 С и в камере «Бирюса-14» при температуре минус 25 С в течение 90 суток. Образцы для технологиче ских исследований отбирались каждые 10 суток.
Исследование влияния температуры охлаждающего воздуха на продолжительность и скорость замораживания, а также определение плотности теплового потока при замораживании икры морских ежей, расфасованной в контейнеры, осуществлялось по следующим вариантам замораживания: - вариант №1 - при температуре воздуха минус 40 С; - вариант №2 - при температуре воздуха минус 60 С; - вариант №3 - при температуре воздуха минус 80 С.
Эксперименты проводились при постоянной скорости воздуха 3,5 м/с. Для каждого варианта исследований проводилось по четыре опыта.
Температура замораживания минус 40 С (вариант № 1) и скорость воздуха в камере, равная 3.5 м/с обусловлены применением данного способа при производстве мороженой икры в промышленных условиях, а образец икры, замороженный данным способом, рассматривался в качестве контрольного.
Контрольный образец представлял собой икру зеленого морского ежа выловленного с июня по октябрь в 2004 - 2005 гг., упакованную в полипропиленовые контейнеры по 130 г и замороженную в соответствии с технологией производства икры морских ежей мороженой, которая применяется организацией РА «Пасифик Маркет» [108], выпускающей данный продукт на Камчатке. По данной технологии конечная температура замораживания икры составляет минус 24 С, температура хранения минус 25 С, продолжительность хранения - 90 суток.
