Разработка технологии коптильного препарата с улучшенными свойствами для ароматизации слабосоленой рыбной продукции
На правах рукописи
БЕСПАЛОВА Валентина Васильевна РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОПТИЛЬНОГО ПРЕПАРАТА С УЛУЧШЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ АРОМАТИЗАЦИИ СЛАБОСОЛЕНОЙ РЫБНОЙ ПРОДУКЦИИ Специальности: 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств 05.18.04 - Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Мурманск – 2008 2
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мурманский госу дарственный технический университет» (ФГОУВП «МГТУ») на кафедре «Технология пищевых производств».
Научные руководители: кандидат технических наук, доцент Шокина Юлия Валерьевна, кандидат технических наук, доцент Гроховский Владимир Александрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Фатыхов Юрий Адгамович, кандидат технических наук Димова Виктория Витальевна
Ведущая организация:
ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО)»
Защита состоится «» декабря 2008 г. в часов на заседании дис сертационного совета Д 307.009.02 в Мурманском государственном техни ческом университете по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Спортивная, 13.
Отзывы на автореферат направлять ученому секретарю диссертаци онного совета по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Спортивная, 13., факс (8152) 23-24-92.
С диссертацией можно ознакомиться на сайте www.mstu.edu.ru и в библиотеке Мурманского государственного технического университе та.
Автореферат размещен на сайте www.mstu.edu.ru « » 2008 г и разослан « » _ 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, д-р хим. наук, профессор С.Р. Деркач
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В условиях рыночной экономики особую ак туальность приобрела задача повышения эффективности технологических процессов переработки рыбного сырья, что является необходимым услови ем повышения качества производимой продукции и уровня ее безопасно сти, а также сокращения производственных затрат, связанных с технологи ческим процессом производства.
В настоящее время в нашей стране копченая рыбопродукция зани мает устойчивый сегмент рыбного рынка, что свидетельствует о традици онных предпочтениях россиян.
Существенный вклад в теорию и практику копчения внесли извест ные ученые Курко В.И., Ершов А.М., Ким Э.Н., Ким И.Н., Мезенова О.Я., Слапогузова З.В., Касьянов Г.И., Зотов В.В., Ноздрин С.И., Гончаров А.М., Радакова Т.Н., Bratzler L., Hollenbeck C., Maurer S. и др. В частности, в Мурманском государственном техническом университете (МГТУ) создан дымогенератор с инфракрасным нагревом (ИК ДГ) периодического дейст вия, главное достоинство которого состоит в возможности вести разложе ние древесного топлива в условиях регулируемого температурного режи ма. Вместе с тем, проблемы, связанные с изготовлением копченой продук ции, особенно с ее безопасностью, еще не нашли своего полного решения.
Разработка способа получения нового коптильного препарата на ос нове специфической дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК ДГ, и разработка технологий изготовления слабосоленой рыбной продукции с ароматом копчения с применением такого препарата, позволит расширить ассортимент продукции, что и определяет актуальность данной работы.
Цель работы. Целью работы является разработка технологии полу чения коптильного препарата с улучшенными свойствами и создание на этой основе технологии слабосоленой рыбы с ароматом копчения.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следую щие задачи:
разработать математическую модель процесса получения коптильно го препарата и определить оптимальные значения технологических пара метров;
создать технологию изготовления коптильного препарата с содержа нием канцерогенных соединений, много ниже предельно допустимых зна чений, и необходимую техническую документацию;
исследовать массообменные процессы, происходящие в тканях рыбы при посоле с коптильным препаратом в зависимости от влияющих факто ров (температуры посола и концентрации коптильного препарата);
разработать технологию изготовления слабосоленой рыбной продук ции с ароматом копчения с применением нового коптильного препарата и необходимую техническую документацию, определить оптимальные тех нологические параметры.
Научная новизна работы.
Разработана технология и создана математическая модель процесса получения коптильного препарата, названного «Сквама-2», на основе ком плексного использования дымовой коптильной среды, вырабатываемой дымогенератором с инфракрасным энергоподводом, и найдены близкие к оптимальным значения технологических параметров.
Разработан и научно обоснован интегральный показатель качества (ИПК) нового коптильного препарата «Сквама-2»,.
Впервые исследованы массообменные процессы, протекающие в тканях рыбы при посоле с коптильным препаратом «Сквама-2» в зависи мости от влияющих факторов (температуры посола и массовой доли коп тильного препарата в тузлуке).
Определены закономерности диффузии карбонильных соединений в рыбе при посоле с коптильным препаратом.
Практическая значимость.
Разработана технология изготовления коптильного препарата «Сквама-2» и применено оригинальное технологическое оборудование для ее реализации (Патент РФ № 2172106 «Способ получения коптильного препарата и устройство).
Разработана и утверждена техническая документация на новый про дукт, получаемый на основе дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК ДГ (ТУ 2455-001-00471633-03 «Препарат коптильный «Сквама-2» и ТИ по его изготовлению).
Разработан Технологический регламент на получение коптильного препарата «Сквама-2», Исходные требования на устройство для его полу чения.
Изготовлена установка и опробирована в условиях, приближенных к производственным.
Разработана технология изготовления слабосоленой рыбы с арома том копчения с применением полученного коптильного препарата.
Разработана, согласована и утверждена техническая документация:
ТУ 9263-004-00471633-07 «Рыба слабосоленая с ароматом копчения. Тех нические условия» и ТИ по ее изготовлению.
Результаты научных исследований использованы в учебном процессе подготовки инженеров по специальностям 260302.65 «Технология рыбы и рыбных продуктов» и 260602.65 «Пищевая инженерия малых предпри ятий».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель процесса получения коптильного препарата на основе комплексного использования дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК ДГ, и близкие к оптимальным значения техно логических параметров.
2. Технология коптильного препарата «Сквама-2».
3. Результаты исследования массообменных процессов, происходящих в тканях рыбы при посоле с коптильным препаратом в зависимости от влияющих факторов (температуры посола и концентрации коп тильного препарата);
4. Технология слабосоленой рыбы с ароматом копчения с применением коптильного препарата «Сквама-2» и математическая модель про цесса посола, совмещенного с ароматизацией коптильным препара том, оптимальные технологические параметры процесса посола ры бы.
5. Результаты экспериментального определения коэффициентов диф фузии карбонильных соединений в рыбе при посоле.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на ежегодных профессорско-преподавательских научно-технических конфе ренциях Мурманского государственного технического университета, на Всероссийской научно-технической конференции (МГТУ, 2003), на науч но-практической конференции «Перспективы развития рыбохозяйственно го комплекса России – XXI век» (г. Москва, 2002 г.), науч.-практ. конф. «О приоритетных задачах рыбохозяйственной науки в развитии рыбной от расли России до 2020 года » (г. Москва, 2004 г.);
Международной науч. практ. конф. «Повышение эффективности использования водных биологи ческих ресурсов Мирового океана» (г. Москва, 2005 г), Первой Междуна родной науч.-практ. конф. «Повышение эффективности использования водных биологических ресурсов» (г. Москва, 2006 г.), на международной выставке «Море и морепродукты-2001» (г. Мурманск, 2001 г.), на между народных специализированных выставках «Море. Ресурсы. Tехнологии» 2002 - 2008» (г. Мурманск), международной рыбопромышленной выставке «Рыбные ресурсы» (г. Москва, 2003 г.).
На конкурсе «Лучший инновационный проект и лучшая научно техническая разработка года», проходившего в рамках 11 международной выставки-конгресса «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (г.
Санкт-Петербург, 2006 г.) награждены дипломом 2-й степени с вручением серебряной медали в номинации «Лучший инновационный проект в облас ти производственных технологий»;
медалью «Знак качества» на 3-й Меж дународной рыбопромышленной выставке «Рыбпромэкспо-2007» (г. Мо сква, 2007 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано научных работ в том числе 1 патент РФ и 2 статьи в журнале из списка рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора научно–технической и патентной литературы, методиче ской и экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложе ний.
Работа изложена на 168 стр. машинописного текста, содержит табл., 38 рис., 19 приложений. Список литературы содержит 157 источни ков.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практиче ская значимость работы, сформулированы защищаемые положения.
В первой главе обзора литературы проведен анализ современных способов получения коптильного дыма и технологического оборудования, используемого для их реализации. Наиболее перспективными признаны эндотермические дымогенераторы (с внешним теплообразованием), в том числе ИК ДГ, позволяющий надежно контролировать температурный ре жим пиролиза топлива на протяжении всего процесса дымогенерации. Од ним из путей решения обозначенной в работе проблемы признан ком плексный подход к использованию канцерогенно безопасной дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК ДГ, который позволит не только получать отвечающий современным требованиям безопасности продукт, но и практически полностью исключить эмиссию в окружающую среду.
Показаны возможные пути совершенствования технологии получения жидких коптильных сред с целью повышения их канцерогенной безопас ности, которая практически полностью определяется применяемым спосо бом получения дымовой коптильной среды – основы для получения коп тильных жидкостей и препаратов. Кроме того, обоснован и комплексный подход к проблеме более широкого внедрения коптильной среды, выраба тываемой ИК ДГ, при производстве деликатесной рыбной продукции, ко торый подразумевает применение полученной на основе новой жидкой коптильной среды в разработанных технологиях. Сформулированы цель и задачи исследований.
Во второй главе «Организация эксперимента, объекты и методы исследования» представлена схема эксперимента, приведена характери стика объектов исследования и методов анализа.
Эксперименты проводили на опытно–промышленных образцах ИК ДГ и установки для получения коптильного препарата, изготовленных на кафедре «Технология пищевых производств» МГТУ (рис. 1), и размещенных в научно– производственной лаборатории той же кафедры. В качестве топлива для полу чения дымовой коптильной среды – основы для производства коптильного пре парата - выбраны опилки лиственных пород деревьев по ТУ 13–322 «Сырье древесное для копчения» с удельной поверхностью от 9,0 до 20,0 м2/кг и на чальной влажностью от 20 до 70 %.
При исследовании процесса и разработке технологии изготовления коптильного препарата «Сквама-2» экспериментальным путем определяли параметры дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК ДГ – темпе ратура пиролиза топлива по методике Ершова –Шокиной, относительная влажность и удельная поверхность топлива.
При разработке технологии изготовления слабосоленой рыбы с аро матом копчения с применением нового коптильного препарата определяли качественные показатели сырья и готовой продукции.
Химический состав (массовая доля поваренной соли, массовая доля влаги, массовая доля жира, массовая доля минеральных веществ) опреде ляли стандартными методами по ГОСТ 7636.
Концентрацию карбонильных соединений в готовой продукции оп ределяли в фильтрате после отгонки с 30 %–ным хлористым литием фото колориметрированием с 2,4–динитрофенилгидразином.
Концентрацию фенольных и карбонильных соединений в коптиль ном препарате определяли фотоколориметрированием соответственно с 4 аминоантипирином и с 2,4–динитрофенилгидразином.
Физико-химические показатели коптильного препарата (плотность, остаток от испарения, общую кислотность) определяли стандартными и общепринятыми методами.
Органолептические показатели коптильного препарата и продукции, изготовленной с его использованием определяли по пятибалльной шкале с введением коэффициентов значимости.
Гигиенические исследования слабосоленой рыбы с ароматом копче ния проводили на основе обязательных комплексных исследований, в со ответствии с утвержденными в установленном порядке методами контроля регламентируемых показателей.
Определение массовой доли бенз(а)пирена в коптильном препарате и в готовой продукции проводили по ГОСТ Р 51650, определение летучих N нитрозаминов (сумма НДМА и НДЭА) – по МУК 4.4.1.011.
При микробиологическом контроле все образцы коптильного препарата «Сквама-2» и рыбы слабосолёной с ароматом копчения исследовали на при сутствие: мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорга низмов (МАФАнМ) по ГОСТ 10444.15, бактерии группы кишечной палочки (БГКП), колиформные бактерии – по ГОСТ 30518, дрожжи, плесневые грибы – по ГОСТ 10444.12 и ГОСТ Р 51921, сульфитредуцирующие клостридии (СРК) – по ГОСТ 29185.
Коэффициенты диффузии определяли из основного уравнения диф фузии (прямой метод) по разработанной методике.
Расчет интегрального показателя качества коптильного препарата «Сквама-2» вели с помощью универсальной методики оценки качества продукции, разработанной на кафедре «Технологии пищевых произ водств» (Мартыненко О.В., Шокина Ю.В. и др, 2008.) Построение математических моделей исследуемых процессов и по иск оптимальных условий их протекания осуществлены по методу Бокса– Уилсона с использованием центральных ортогональных композиционных планов.
Расчет коэффициентов уравнений регрессии, проверку адекватности уравнений регрессии и поиск оптимума полученной функции в заданной области факторного пространства осуществляли на ПЭВМ с использова нием программы DataFit Ver. 8.1.
В третьей главе обобщены результаты исследований по получению коптильного препарата на основе дымовой среды, вырабатываемой ИК ДГ.
В качестве аппарата для получения жидкой коптильной среды ис пользован абсорбер, разработанный на кафедре ТПП МГТУ (пат. РФ № 2172106).
Абсорбер представляет собой металлический корпус прямоугольной формы, выполненный из нержавеющей стали. Внутреннее пространство абсорбера разделено рядом вертикальных перегородок на зоны таким об разом, чтобы в первой по ходу движения зоне дымовые газы перемещались сверху вниз, а во второй зоне снизу вверх и т.д. В каждой зоне между фор сунками для распыления воды и поверхностью воды, находящейся в ниж ней части абсорбера расположена горизонтальная деревянная насадка с развитой поверхностью для создания контакта между стекающей водой в виде пленки и дымовыми газами.
Дымовые газы в каждой из зон корпуса, разделенных перегородками, контактируют с частицами распыленной воды и с её тонко стекающей пленкой. При этом в первой зоне дымовые газы вначале контактируют с мелко диспергированными частицами воды, а затем с тонко стекающей пленкой воды, во второй зоне дымовые газы в первую очередь взаимодей ствуют с тонкой пленкой воды, а затем с ее мелко диспергированными частицами. Зоны корпуса имеют довольно большую площадь поперечного сечения, поэтому скорость газов в каждой из зон мала, что увеличивает продолжительность контакта с мелко распыленными частицами воды. Ды мовые газы поступают на сорбцию непрерывно, а определенный объем во ды рециркулирует через форсунки и насадки и насыщается коптильными компонентами до заданной концентрации. Для рециркуляции воды в аб сорбере предусмотрена установка насоса, который перекачивает воду, на сыщаемую коптильными компонентами дыма из нижней части абсорбера к форсункам, расположенным в его верхней части.
По достижении коптильным препаратом требуемых технологических свойств подача дымовых газов в абсорбер прекращается, коптильный пре парат фильтруется и разливается в емкости.
Предварительными экспериментами установлено, что на качество получаемого коптильного препарата влияют два фактора -, - продолжи тельность в часах рабочего цикла получения коптильного препарата и Г гидромодуль, (отношение суммарного, с учетом доливаемого по ходу тех нологического процесса объема воды, израсходованного на получение коптильного препарата, к исходному, залитому в абсорбер в начале техно логического процесса).
Рис. 1. Опытно-промышленная установка по изготовлению коптиль ного препарата «Сквама-2»: 1 - ИК ДГ повышенной производительности;
– абсорбер.
Остальные параметры процесса (режимы дымогенерации, темпера тура пиролиза, параметры дымовой коптильной среды, количество дымо вой коптильной среды, подаваемой в абсорбер в единицу времени), под держивали постоянными, исходя из условия получения коптильного дыма с наименьшим содержанием канцерогенных соединений.
Результаты экспериментов по определению влияния (гидромодуля и продолжительности технологического процесса) параметров на органолеп тическую оценку коптильного препарата и производительность установки приведены в виде диаграмм на рис. 2, 3.
Анализ полученных данных показал, что при прочих постоянных па раметрах процесса насыщения воды коптильными компонентами дыма, органолептическая оценка коптильного препарата зависит от гидромодуля.
С ростом его величины при постоянной продолжительности процесса, ор ганолептические признаки ухудшаются. Так, при величине гидромодуля, равной 3, уровень органолептической оценки препарата составляет всего 55 % от максимально возможной. Наилучшую оценку получил коптильный препарат, изготовленный при величине гидромодуля равной 1 (95 % от максимально возможной). Однако при таком технологическом режиме обеспечивалась минимальная производительность установки, что недопус тимо.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 1,7 3 50 75 гидромодуль продолжительность рабочего цикла, ч органолептическая оценка, балл в % от максимальной органолептическая оценка, балл в % от максимал Рис. 2 – Влияние гидромодуля на Рис. 3 – Влияние продолжитель органолептическую оценку коп- ности рабочего цикла на органо тильного препарата «Сквама-2» в лептическую оценку коптильного баллах и процентах от максимально препарата в баллах и процентах возможной от максимально возможной Из анализа рис. 3 и 4 следует, что продолжительность рабочего цик ла установки также существенно влияет на органолептическую оценку коптильного препарата влияния приближается к линейному. При постоян ной величине гидромодуля характер С ростом продолжительности насы щения воды компонентами коптильного дыма улучшаются органолептиче ские показатели препарата. Увеличение гидромодуля ведет к росту произ водительности установки при устойчивом снижении качества, при этом увеличение продолжительности рабочего цикла при прочих равных усло виях будет способствовать уменьшению производительности установки при устойчивом улучшении органолептических признаков препарата.
Таким образом, проведенные эксперименты позволили определить основные факторы, влияющие на технологический процесс получения коптильного препарата «Сквама-2» и установить характер этого влияния.
Разработанная технологическая схема получения коптильного пре парата «Сквама-2» на основе дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК ДГ, представлена на рис 4.
В качестве сырья для получения коптильного препарата «Сквама-2» использовали древесные опилки с удельной поверхностью от 9,6 до 20, м2/кг, относительной влажностью от 40 до 70 % и питьевую воду (техноло гические параметры топлива соответствуют параметрам, рекомендуемым Технологическим регламентом на получение коптильного дыма с исполь зованием энергии ИК-излучения, как обеспечивающие приемлемую произ водительность аппарата при соблюдении канцерогенной безопасности вы рабатываемой дымовой коптильной среды).
Анализ литературных данных показал целесообразность использова ния для оценки качества коптильного препарата «Сквама-2» интегрального показателя, который может включать в себя самые разнообразные его ка чественные признаки, отражающие характер и глубину химических про цессов, формирующих функционально-технологические свойства.
Древесные опилки (лиственные) удельной поверхностью от 9,0 до 20,0 м2/кг Вода, Подготовка древесного сырья t от 15 до 20 С (увлажнение до относительной влажности от 45 до 50 %) Загрузка ванн с топливом в ИК-дымогенератор Дымогенерация с использованием энергии ИК-излучения Заполнение аб- Насыщение воды в адсорбере Отработан сорбера (до коптильными компонентами ды- ные дымо уровня), водой ма вые выбро сы Отстаивание коптильного препа рат «Сквама-2» Подготовка Фильтрация фильтра Подготовка та- Дозирование и расфасовывание в ры емкости Подготовка эти- Маркирование кеток, клея Хранение до реализации Реализация Рис. 4. Технологическая схема производства коптильного препарата «Сквама-2».
Для расчета интегрального показателя качества (ИПК) коптильного препарата выбрана универсальная методика оценки его качественных ха рактеристик.
Качество продукции в соответствии с этой методикой оценивается расстоянием, измеряемым от фактического значения отдельного показате ля, учтенного в оценке качества до точки оптимума, соответствующей зна чению этого показателя у «идеала» продукции.
Функция расстояния может иметь различный вид (в зависимости от нормы пространства).
Относительная важность каждого параметра и чувствительность ин тегрального показателя качества к отклонениям параметра от оптимума учитываются через задание отдельных масштабных коэффициентов для каждого измерения в метрике фактор-пространства. Формально это соот ветствует введению в фактор-пространстве новой системы координат, причем такой, что каждая новая координата зависит только от одной ста рой.
Для вычисления расстояния в фактор-пространстве (отличия факти ческого качества продукции от «идеала») все характеристики-координаты сначала переводятся в единую балльную шкалу (то есть значение данной отдельно взятой характеристики отображается на ось качества, в систему оценок от "отлично" до "неудовлетворительно"), а затем по выбранной метрике вычисляется расстояние от точки оптимума с учетом значимости отдельных характеристик.
Алгоритм оценки качества продукции по выбранной методике вклю чает в себя следующие шаги: 1) определение набора показателей, которые будут включены в оценку;
2) для каждого выбранного показателя создание собственной балльной шкалы качества;
3) построение оценочного полино ма (делается автоматически программой);
4) назначение для каждого пока зателя весового коэффициента;
5) по результатам шагов 1 -4 с применени ем специально разработанной компьютерной программы построение ре зультирующей оценочной формулы 1.
a c i i || d ||=i, (1) c i i (2) ai =| ai aид | где i – нормированная оценка;
ид – оценка идеальной точки;
сi – значимость I –ой компоненты.
В качестве базового образца выбран коптильный препарат «ВНИ РО», имеющий на сегодня наиболее высокую оценку функционально технологических свойств и безопасности у специалистов. По результатам сравнительного анализа функционально-технологических свойств коп тильных препаратов «Сквама-2» и ВНИРО обоснован перечень показате лей и ранжирован диапазон их значений, учитываемых при расчете инте грального показателя.
После расчета численной характеристики качества коптильного пре парата в зависимости от условий его получения становится возможной оп тимизация последних с применением специальных математических мето дов.
Под математическим описанием процесса изготовления коптильного препарата принимаем уравнение, связывающее функцию отклика с влияющими факторами. В качестве функции отклика Y выбран интеграль ный показатель качества коптильного препарата. В качестве влияющих факторов выбраны: Х1 - гидромодуль;
Х2 – продолжительность технологи ческого процесса насыщения воды в абсорбере коптильными компонента ми дыма, ч. Область факторного пространства ограничивалась следующим образом: по первому влияющему фактору – от 1,0 до 3,0;
по второму влияющему фактору – от 50 до 145 ч. Остальные влияющие факторы (па раметры дымогенерации, температура пиролиза;
температура воды в аб сорбере) поддерживались на постоянном уровне в ходе экспериментов.
Уравнение регрессии, описывающее процесс получения коптильного препарата на основе дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК дымогенератором, имеет следующий вид:
0,86 40 (3) Y = 3,56 + + X1 X2 X Полученное уравнение регрессии позволяет не только предсказать значение функции отклика для заданных условий проведения эксперимента, но и дает информацию о форме поверхности отклика. Исследование этой по верхности необходимо для выбора оптимальных параметров – величины гидромодуля и продолжительности процесса насыщения воды в абсорбере коптильными компонентами дыма.
Поверхность функции отклика Y процесса получения коптильного препарата на основе дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК дымогенератором, представлена на рис. 5.
Значения влияющих факторов, наиболее близкие к оптимальным, то есть соответствующие максимальному значению функции отклика - инте грального показателя качества, найденные путем анализа поверхности от клика, составляют: Х1 = 1,67, Х2 = 145 ч.
Расчетное значение функции отклика, соответствующее найденным оптимальным значениям влияющих факторов, составляет 4,09. Экспери ментальное значение интегрального показателя качества при оптимальных значениях влияющих факторов составило 4,12.
Рис. 5. Поверхность функции отклика Y - ИПК в выбранной области факторного пространства (уравнение 3).
С целью установления предельных сроков хранения коптильного препарата «Сквама – 2» проведено изготовление (в соответствии с най денными оптимальными условиями) трёх опытно-промышленных партий этого продукта.
В процессе хранения с установленной периодичностью (после изго товления, через 4, 8, 12 и 13 месяцев) от каждой партии проводили отбор проб препарата и подвергали органолептическим, химическим и микро биологическим исследованиям. Установлено, что качество коптильного препарата «Сквама-2» практически не снижается в течение годового хра нения и только через 13 месяцев ухудшаются его органолептические ха рактеристики, в частности, во всех 3-х партиях появляется помутнение, связанное, вероятно, с агрегацией органических соединений, и в 2-х парти ях появляется резковатый дегтярный запах. Канцерогенных соединений в препарате не обнаружено, содержание фенольных соединений поддержи вается на оптимальном уровне (0,07–0,09 %), кислотность не превышает 1 %.
Результаты исследований препарата позволили установить его опти мальные показатели безопасности и качества, а также определить условия и предельные сроки хранения (продолжительность не более 12 месяцев с даты изготовления, при температуре не выше 30 С Полученные данные использованы при разработке технической до кументации (ТУ и ТИ), которые затем согласованы и утверждены в уста новленном порядке.
В четвертой главе «Обоснование технологии производства слабо соленой рыбы с ароматом копчения с применением коптильного препарата на основе дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК ДГ» приведена разработанная технология изготовления слабосоленой рыбы с ароматом копчения, а также результаты исследований по изучению массообменных процессов, протекающих в тканях рыбы при посоле, совмещенном с аро матизацией коптильным препаратом «Сквама-2».
Анализ имеющихся экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что из большого числа факторов, влияющих на массообмен при бездымном копчении рыбы, ключевыми являются те, которые опреде ляют интенсивность внешнего массообмена – массовая доля коптильного препарата в тузлуке, а также фактор, определяющие интенсивность внут ренней диффузии соли – температура посола. Остальные влияющие фак торы (плотность тузлука, продолжительность посола, соотношение рыба :
тузлук, способ разделки сырья и его удельная поверхность) поддержива лись на постоянном уровне в ходе экспериментов.
Под математическим описанием процесса посола рыбы, совмещен ного с ароматизацией коптильным препаратом «Сквама-2», понимаем уравнение, связывающее функцию отклика с влияющими факторами. Объ ектом исследований выбрано филе скумбрии атлантической, имеющее следующий химический состав, %: воды 63,1, белковых веществ 18,1;
ли пидов 17,3;
минеральных веществ 1,4. В качестве функции отклика Y вы брана органолептическая оценка качества филе рыбы с ароматом копчения в баллах, на основании разработанной шкалы.
В качестве влияющих факторов, определяющих качество готовой продукции, выбраны: Х1 - температура посола, ° С;
Х2 - концентрация коптильного препарата в тузлуке, используемом для посола филе скум брии, %. Область факторного пространства ограничивалась следующим образом: по первому влияющему фактору – от минус 4 до минус 8 °С;
по второму влияющему фактору – от 10,0 до 20,0 %.
Математическая обработка результатов проведена с использовани ем компьютерной программы по алгоритму Холецкого. В результате об работки получено уравнение регрессии (4) y = 5,7 0,18 x1 + 2,93 x 2 0,01 x1 x 2 0,05 x12 0,1 x Рассчитаны близкие к оптимальным значения влияющих факторов, соответствующие максимальному значению функции отклика - органолеп тической оценке продукции, они составили: х1 = - 4 С, х2 = 10 %.
Установленные в ходе экспериментов технологические режимы уч тены в разработанной нормативной документации «Рыба слабосоленая с ароматом копчения ТУ 9263-004-00471633-07», ТИ.
С целью разработки методики расчета продолжительности просали вания рыбы, до достижения обоснованно оптимального содержания ос новных коптильных компонентов, ответственных за формирование в гото вой продукции всех технологических эффектов копчения, проведены ис следования и выполнено математическое описание закономерностей мас сообменных процессов в технологии слабосоленой рыбы с ароматом коп чения в условиях конкурентной диффузии поваренной соли.
При изучении массообменных процессов при посоле определяли ко эффициенты диффузии карбонильных соединений, исходя из основного уравнения диффузии (прямой метод).
Для исследований использована партия сельди атлантической имеющая практически однородную удельную поверхность 0,21 м2 и при мерно одинаковую по своему химическому составу (содержание воды 62,2,%, белков 18,2 %, липидов 17,9 %, золы 1,2 %).
Технологический процесс осуществляли следующим образом. Блок мороженой рыбы размораживали в воде температурой не выше 15 С до температуры тела рыбы (0 ± 1) 0С, затем разделывали на филе с кожей, промывали в проточной воде с температурой не более 15 С и солили с ароматизацией коптильным препаратом, для чего в коптильном препарате растворяли поваренную соль до достижения плотности солекоптильной смеси от 1,12 до 1,14 г/см3. Через 1, 2, 6, 19 часов филе разрезали на 4 рав ных по толщине слоя, в каждом из которых определяли степень насыще ния коптильным препаратом по содержанию карбонильных соединений.
По найденной удельной интенсивности насыщения рыбы карбониль ными соединениями в процессе посола солекоптильным препаратом гра фическим дифференцированием находили значения градиента концентра ции карбонильных соединений в тканях рыбы для разных условий посола.
Причем определение этих градиентов проводили как в условиях конку рентного посола рыбы - коптильного препаратом «Сквама-2», в котором растворяли поваренную соль (солекоптильным препаратом), так и – в ка честве контрольного опыта – для процесса обработки рыбы только коп тильным препаратом.
На рис. 6 и 7 соответственно показаны кривые распределения карбо нильных соединений по слоям филе сельди для процессов обработки рыбы солекоптильным препаратом и чистым коптильным препаратом.
Из графиков видно, что насыщение тканей рыбы карбонильными со единениями интенсивно происходит в первые 2 часа. По полученным дан ным найдены коэффициенты диффузии карбонильных соединений в ры бе, обработанной только коптильным препаратом и солекоптильным пре паратом со стороны кожи и среза, построены графики зависимости D = f ( ) (рис. 8). Анализируя рис. 8 можно сделать вывод, что значение коэффициента диффузии карбонильных соединений при обработке рыбы только в коптильном препарате меньше, чем при обработке рыбы в соле коптильном препарате. Следовательно, массоперенос соли оказывает влияние на массоперенос коптильных компонентов. Исследования показа ли, что при посоле в течение 19 часов потери массы в рыбе практически не происходит благодаря интенсивному насыщению тканей водой и солью, причем более интенсивно этот процесс протекает со стороны среза филе.
С, мг% С, мг% 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 -0,7 -0,35 0 0,35 0,7 -0,7 -0,35 0 0,35 0, толщина слоя, см толщина слоя, см С солью 1 час С солью 2 часа Без соли 1 час Без соли 2 часа С солью 6 часов С солью 19 часов Без соли 6 часов Без соли 19 часов Рис. 6. Распределение карбонильных Рис. 7. Распределение карбониль соединений по толщине сельди (об- ных соединений по толщине сель работанной в коптильном препарате, ди (обработанной только коптиль в котором растворяли поваренную ным препаратом) соль) D, м І /с 8,00 E-0 Б ез 7,00 E-0 8 со ли 6,00 E-0 С 5,00 E-0 со лью 4,00 E-0 3,00 E-0 2,00 E-0 1,00 E-0 0,0 0E +0 20 вре м я,ч 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Рис. 8 – Среднее изменение коэффициента диффузии карбонильных соединений в рыбе, обработанной коптильным препаратом с добавлением и без добавления соли Анализируя полученный в ходе работы обширный эксперименталь ный материал, практически возможно определить концентрацию карбо нильных соединений в рыбе при посоле с коптильным препаратом, однако это процесс длительный. Наиболее трудоемким является эксперименталь ное определение распределений карбонильных соединений, воды и соли по толщине рыбы, без знания которых невозможно графическое определение градиентов концентраций перечисленных химических соединений и даль нейшее вычисление коэффициента диффузии этих соединений для задан ных условий посола и выбранного сырья.
То, что коэффициент диффузии карбонильных соединений уменьшается по мере насыщения, затрудняет получение простых методик расчётов этих про цессов.
Если разбить процесс насыщения на два этапа и использовать для расчё тов средние значения коэффициентов диффузии, то можно применить и чис ленные методы расчётов (метод сеток). В этом случае возможно, используя функции двух кривых распределения карбонильных соединений по толщине продукта, найденные экспериментальным путём, определить средние значения коэффициентов диффузии на каждом из двух этапов. А затем, основываясь на этих значениях коэффициентов диффузии, можно методом сеток рассчитывать различные режимы насыщения и выбирать наиболее рациональные. Используя метод сеток и экспериментальные данные по насыщению карбонильными со единениями филе сельди, можно определить средние значения коэффициентов диффузии на первом этапе (0 – 1 час насыщения) и на втором этапе (1 – часов насыщения). Коэффициенты диффузии для сельди подобраны та ким образом, что экспериментальные и расчётные значения концентраций карбонильных веществ через 1 час и 19 часов насыщения практически сов падают (табл. 1).
Максимальное значение коэффициенты диффузии имеют в первый час обработки, причем они больше в случае, когда посол совмещается с ароматизацией.
Значение коэффициентов диффузии карбонильных соединений при обра ботке рыбы Таблица Продолжи- Коэффициент диффузии карбонильных соединений при обработке сельди коптильным препаратом, м2/с тельность обработки, без добавления соли с добавлением соли час 0,73·10-9 0,91·10- 0,09·10-9 0,09·10- Это доказывает предпочтительность способа посола, совмещенного с ароматизацией, в технологии слабосоленой рыбы с ароматом копчения с при менением коптильного препарата «Сквама-2» по сравнению с обработкой по луфабриката только коптильным препаратом с целью придания аромата и вкуса копчености.
По результатам проведенных исследований разработана технологи ческая схема изготовления слабосоленой рыбы с ароматом копчения пред ставлена на рис. 9.
В соответствии с найденными оптимальными технологическими режи мами изготовления слабосоленой рыбы с ароматом копчения (раздел 4.3) выра ботаны три опытные партии (1, 2, 3) такой продукции с концентрацией препара та, соответственно 5, 10, и 15 %), которые направлялись на хранение при темпе ратурном режиме (4 ± 1) 0С с целью установления степени консервирующего действия препарата на продукт. В качестве контроля изготовлена партия слабо солёной сельди без применения коптильного препарата и также направлена на хранение.
Сразу же после изготовления и в процессе хранения через 14, 28, 42 и суток проводили органолептические, химические и микробиологические иссле дования готовой продукции с применением соответствующих методик, указан ных в Гл. 2. Результаты исследований рыбопродукции в процессе хранения представлены на рис. 10 - 13.
В процессе хранения слабосолёное филе сельди, ароматизированное коп тильным препаратом, всех трёх партий характеризуется высокими качествен ными характеристиками в течение четырёхнедельного хранения как субъектив ных (органолептика), так и объективных (буферность нарастает от 50 до град., отношение НБА/ОА от 9 до 28 %). И только по истечению месячного хранения качественные показатели стали ухудшаться, в частности, органолеп тические показатели снизились до уровня 13 – 14 баллов (удовлетворительное качество). Анализ микробиологических показателей свидетельствует о сверх нормативном (более 5х10 4) превышении общего количества МАФАнМ. через 42 суток хранения.
В контрольной партии сельдь слабосолёная по комплексу органолептиче ских, химических и микробиологических показателей не выдержала 28 суточ ного хранения и была выведена из эксперимента.
Таким образом, проведённые исследования качества нового продукта свидетельствуют об определённой степени бактерицидности препарата и воз можной продолжительности хранения в течение четырёх недель при темпера туре (4 ± 1) 0С.
В пятой главе «Практическая реализация, производственная про верка и внедрение результатов исследований» приведены результаты про мышленных испытаний разработанных технологий. По итогам проведен ных работ разработана и согласована техническая документация ТУ 2455 001-00471633-03 «Препарат коптильный «Сквама-2» и ТИ, а также ТУ 9263-004-00471633-07 «Рыба слабосоленая с ароматом копчения. Техниче ские условия» и ТИ, выполнены экономические расчёты.
В научно-производственной лаборатории МГТУ проведён промыш ленный выпуск коптильного препарата «Сквама-2», который реализован ООО «Соевый продукт» (г. Санкт-Петербург) в объёме 530 кг и ООО «Роспродтех» (г. Мурманск) в объёме 1817,5 кг.
Прием и хранения сырья до обра ботки Вода Размораживание Вода t не Сточные воды Мойка и сортирование выше 15 °С Отработанный Тузлук плотно- Посол тузлук стью от 1,12 до 1,14 г/см3, t не выше 15 °С, мел- Созревание кодробленый лед, соль, коптиль ный препарат Отходы на выра «Сквама-2» ботку кормовой Разделка, ополаскивание и технической продукции Упаковывание Подготовка тары Подготовка Маркирование этикеток Хранение до реализации Реализация Рис. 9 – Технологическая схема изготовления слабосоленой рыбы с ароматом копчения с применением коптильного препарата «Сквама-2» Органолептическая оценка Буферность 20 Партия Партия Партия Буферность, град.
Контроль Оценка, балл Партия Партия Партия 13 Контроль 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50 Продолжительность хранения, сут.
Продолжительность хранения, сут.
Рис. 10 – Изменение органолепти- Рис. 11 – Изменение буферности ческих показателей сельди слабо- сельди слабосолёной с ароматом солёной с ароматом копчения при копчения при хранении хранении КМАФАнМ НБА/ОА Партия Партия Партия 3 lg КМАФАнМ Контроль НБА/ОА, % Партия Партия Партия Контроль 0 10 20 30 40 50 Продолжительность хранения, сут.
0 10 20 30 40 Продолжительность хранения, сут.
Рис. 12 – Изменение НБА/ОА Рис. 13 – Изменение КМАФАнМ сельди слабосолёной с ароматом сельди слабосолёной с ароматом копчения при хранении копчения при хранении Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство разра ботанных технологий составит 2411,375 тыс. руб.
ВЫВОДЫ 1. Предложена математическая модель процесса получения коптильного пре парата с улучшенными свойствами, при помощи которой определены близкие к оптимальным значения технологических параметров.
2. Исследованы массообменные процессы, протекающие в тканях рыбы при посоле с коптильным препаратом «Сквама-2» в зависимости от влияющих фак торов (гидромодуля и продолжительности рабочего цикла), по результатам ис следований определены значения коэффициентов диффузии карбонильных со единений при посоле с коптильным препаратом.
3. Предложена методика расчета продолжительности насыщения рыбы кар бонильными соединениями при посоле до заданного значения концентрации.
4. Разработана технология изготовления слабосолёной рыбы с ароматом коп чения с применением коптильного препарата «Сквама-2», получена математи ческая модель, адекватно описывающая технологический процесс изготовления продукции, определены значения основных технологических параметров, близкие к оптимальным.
5. Разработана, согласована и утверждена техническая документация на тех нологию получения коптильного препарата «Сквама-2» (ТУ 2455-001 00471633-03 «Препарат коптильный «Сквама-2» и ТИ на его изготовление).
6. Разработана, согласована и утверждена техническая документация на тех нологию слабосоленой рыбы с ароматом копчения, изготавливаемой с приме нением коптильного препарата «Сквама-2» (ТУ 9263-004-00471633-07 «Рыба слабосоленая с ароматом копчения. Технические условия» и ТИ на его изготов ление).
7. Утверждена разработанная техническая документация на установку для получения коптильного препарата «Сквама-2»: Исходные требования на уст ройство для получения коптильного препарата на основе дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК-дымогенератором, Технологический регламент на получение коптильного препарата «Сквама-2».
Список работ, опубликованных по материалам диссертации Статьи опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК РФ 1. Шокина, Ю.В. Применение коптильного препарата «Сквама-2» при разра ботке технологии слабосоленой рыбопродукции / Ю.В. Шокина, В.В.Беспалова, О.А.Кирилюк // Рыб. хоз-во. ФГУП «Национальные рыбные ресурсы» -М., 2008- Вып. 3- с.104-105.
2. Ершов, А.М. Разработка технологии деликатесной слабосоленой рыбопро дукции с применением коптильного препарата, получаемого на основе ды мовой коптильной среды, вырабатываемой ИК-дымогенератором / Ершов, А.М., Ю.В. Шокина, А.М.Гроховский., В.В.Беспалова, О.А.Кирилюк, А.Н.Папуша, Е.Е.Белокопытова // Вестник МГТУ, том 10, №4, 2007/ МГТУ. Мурманск, 2007.- с.660-665.
Материалы научно-технических конференций:
3. Гроховский, В.А. Об отработке технологии изготовления коптильного пре парата из дымовых выбросов на коптильном заводе МПКО «Север» (тезисы) /В.А. Гроховский, В.А Ашихмин, В.В.Беспалова // Сб. тезисов докл. научно технической конференции проф. – преподавательского состава, аспирантов, науч. инж. - техн. работников МГАРФ, Мурманск, 1992, с. 82.
4. Гроховский, В.А Технология получения коптильного препарата и использо вание его при изготовлении различных рыбных продуктов/ В.А. Гроховский, О.Я. Мезенова, В.В. Беспалова.//Сборник научных трудов «Современные технологии и оборудования для переработки гидробионтов», Мурманск, МГАРФ, 1994 г 5. Ершов, А.М. Некоторые вопросы совершенствования продукции (тезисы) / А.М.Ершов, В.А.Гроховский, О.А.. Николаенко, В.В. Беспалова, С.Ю. Дуб ровин, Н.С. Лебедева.// Международная научно-техническая конференция, посвященная 70-летию Калининградского государственного технического университета Ч.4. – Калининград: КГТУ, 2000 –С.151- 6. Ершов, А.М. Новое в переработке малорентабельных рыб Северного бассей на (тезисы) / А.М. Ершов, В.А.Гроховский, А.А. Иваней, О.А.. Николаенко, В.В. Беспалова, И.Э. Бражная, Ю.В. Шокина // Международная научно техническая конференция, посвященная 70-летию Калининградского госу дарственного технического университета Ч.4. – Калининград: КГТУ, 2000 – С.153- 7. Ершов, А.М. Получение коптильного препарата на основе дымогенератора с инфракрасным излучением / Ершов А.М., Беспалова В.В. // Тезисы докладов 9-ой научно-технической конференции МГТУ, Мурманск, 1999 г.
8. Ершов, А.М. Ресурсо-энергосберегающие технологии переработки малорен табельных видов рыб Северного бассейна / А.М. Ершов, В.В. Беспалова, А.А. Иваней, Ю.В. Шокина, О.А. Николаенко и др.// Научно-технический симпозиум «Современные средства воспроизводства и использование вод ных биоресурсов». Инрыбпром-2000», С.Петербург.
9. Ершов, А.М. Совершенствование техники и технологии копчения пищевых продуктов / А.М. Ершов, В.А. Гроховский, Ю.В. Шокина, В.В. Беспалова и др. // М. «Наука-производству», № 12, 2000 г.
10. Ершов, А.М. Результаты исследований посола рыб с коптильным препара том. / А.М. Ершов, В.В. Беспалова.// Материалы научно-технической конфе ренции «Техника и технология пищевых производств на рубеже 21 века».
Мурманск, 2000 г.
11. Ершов, А.М. Совершенствование техники и технологии производства коп тильных препаратов. / А.М. Ершов, В.А. Гроховский, Ю.В. Шокина, В.В.
Беспалова // Сборник докладов Международной научно-технической конфе ренции «Балттехмонтаж-2000», «Прогрессивные технологии, машины и ме ханизмы в машиностроении». Калининград 2000 г.
12. Ершов, А.М. Посол рыбы с коптильным препаратом «Сквама-2»./ А.М.Ершов, В.В. Беспалова // Перспективы развития рыбохозяйственного комплекса России -21 век. Тезисы докладов. 27-28 июня 2002 г., М., ВВЦ, 13. Способ получения коптильного препарата и устройство для его осуществле ния (изобретение), Патент № 2172106 С 1 от 17.04.2000, Ершов А.М., Гро ховский В.А., Дубровин С.Ю., Беспалова В.В.
14. Гроховский, В.А. Разработка и совершенствование технологий изготовления соленой и копченой продукции из водного сырья Северного бассейна. / В.А.Гроховский, Ю.В.Шокина, В.В. Беспалова, О.А. Кирилюк // Повышение эффективности использования водных биологических ресурсов Мирового океана. Материалы конференции. М., ВВЦ, 2005.
15. Шокина, Ю.В. Пути оптимизации сроков хранения рыбопродукции, изго товленной с применением коптильных сред, вырабатываемых с использова нием энергии ИК-излучения / Ю.В. Шокина, В.А. Гроховский, В.В. Беспало ва, О.А. Кирилюк // Наука и образование -2006: материалы междунар. науч но-техн. конференции. В 7 ч. / Мурман.гос.техн.ун-т.- Мурманск, 2006. Ч.6. С.805-807.элекронный ресурс 16. Шокина, Ю.В. Обоснование сроков годности малосоленой с ароматом коп чения / Ю.В. Шокина, В.А. Гроховский, В.В.Беспалова, О.А. Кирилюк, Е.Е.
Белокопытова // Наука и образование- 2007: материалы междунар.научно техн. конференции. В-ч. / МГТУ,-Мурманск, 2007.-С.943-949.
17. Беспалова, В.В. Разработка способа получения коптильного препарата на ос нове дымовой коптильной среды, вырабатываемой ИК-дымогенератором / В.В.Беспалова, Ю.В. Шокина, В.А.Гроховский // Техника и технологии пе реработки гидробионтов и сельскохозяйственного сырья, посвященная па мяти профессора Н.Н. Рулева: Материалы Международной научно практической конференции (Мурманск, 24-25 апреля 2008 г.).- Мурманск:
Изд-во МГТУ, 2008 – с.62-67.