автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка процесса и аппаратов гидроглазирования замороженного мясного сырья в блоках для стабилизации их качества и массы при хранении

Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности

На правах рукописи

СКОРБЯЩЕВ ВАДИМ ДМИТРИЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА И АППАРАТОВ ГИДРОГЛАЗИРОВАНИЯ ЗАМОРОЖЕННОГО МЯСНОГО СЫРЬЯ В БЛОКАХ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ИХ КАЧЕСТВА И МАССЫ

ПРИ ХРАНЕНИИ

05.18.12.- Процессы и аппараты пищевых производств

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Член-корреспондент РАСХН, доктор технических наук А.Б. Лисицын

Научный консультант: кандидат технических наук Г.Г. Квашнин

Москва -1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................................................................4

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ СТАБИЛИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЯСНОГО СЫРЬЯ, ЗАМОРОЖЕННОГО В БЛОКАХ.....7

1.1. Технологические аспекты замораживания и хранения мясного сырья в блоках.............................................................................................................................................................7

1.2. Современные физико- и биохимические представления о процессах стабилизации качества мясного сырья при замораживании (в том числе и в процессе холодильного хранения)..........................................................................................................................................13

1.3. Перспективные процессы и аппараты для стабилизации качества мясного сырья в блоках...........................................................................................................................................17

1.4. Анализ кинетики изменения качественных показателей стабилизируемого мясного сырья при замораживании..................................................................................................24

1.5. Заключение по литературному обзору, цель и задачи собственных исследований............................................................................................................................................29

ГЛАВА II. МЕТОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА МЯСНОГО СЫРЬЯ В БЛОКАХ........................................................................................................................................................35

2.1. Краткая характеристика объектов исследования, иерархия и последовательность их выполнения..........................................................................................................................................35

2.2. Основные методы технохимконтроля изменения качества замороженного мяса в процессе хранения...................................................................................................................................37

2.3. Основные методы термодинамических исследований................................................38

2.3.1. Методика эксперимента.....................................................................................................42

2.3.2. Метод определения температурного фронта при замораживании блоков...........43

ГЛАВА III. КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРИ ГИДРОГЛАЗИРОВАНИИ МЯСНОГО СЫРЬЯ, ЗАМОРАЖИВАЕМОГО В БЛОКАХ.............47

3.1. Исследование процесса замораживания мяса в блоках без предварительной упаковки......................................................................................................................................................47

3.2. Исследование закономерностей процесса льдообразования на поверхности замороженных мясных блоков при гидроглазировании...........................................................53

3.3. Исследования физико-химических свойств гидроглазури на поверхности замороженных мясных блоков...........................................................................................................76

3.4. Исследование изменения качественных характеристик гидростабилизируемого

мясного сырья в процессе хранения.................................................................................................79

3.5 Обработка полученных данных и результаты исследований...........................................89

ГЛАВА IV. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ АППАРАТОВ ДЛЯ ГИДРОСТАБИЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА МЯСНОГО СЫРЬЯ..................................................98

4.1 Совершенствование роторного аппарата для замораживания неупакованного мясного сырья в блоках.........................................................................................................................99

4.2. Разработка аппарата для гидроглазирования замороженных мясных блоков.......113

4.3. Рекомендации для разработки автоматизированной линии производства замороженных мясных блоков глазированных..........................................................................121

4.4. Исследование качества колбасных изделий, выработанных из гидростабилизированного мясного сырья..................................................................................126

4.5. Эффективность результатов исследований..........................................................................127

ВЫВОДЫ...............................................................................................................................................133

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................134

ПРИЛОЖЕНИЯ .....................................................................................................151

ВВЕДЕНИЕ

В эпоху внедрения энергосберегающих технологий не на последнем плане стоит вопрос сохранения экологически чистой пищевой продукции при стабильных исходных ее массе и качестве в период производства, переработки и хранения.

В последние годы возрос импорт мяса в замороженных блоках из зарубежных стран-поставщиков, который зачастую не отвечает требованиям стандартов качественных показателей (повышенная зажиренность и смешанная сортность сырья), не информированность термического состояния исходного сырья в режимах подготовки, способах и сроках хранения [178, 198].

Наряду с этим, интервенция в Россию огромной массы неутилизируемой синтетической пленки, производственной упаковки и производства экологически опасных ее типов из развитых стран, поступающих с мясными замороженными блоками завышенной массы 20 и более кг, создает напряженность в перерабатывающих отраслях РФ по экологии и необоснованных энерго- и трудозатрат их переработки.

Конечным результатом всей цепи замораживания продуктов является подготовка их к хранению, особенно при длительных сроках, имеющих место, например, ь системе Госкомрезерва РФ.

Замораживание, транспортировка и хранение мяса в блоках выгодно для производителя и потребителя: в несколько раз сокращаются потери массы продукта в сравнении с потушным; вдвое уменьшается потребность в холодильных площадях, снижаются расход холода, энергозатраты; на 80 % сокращается потребность в изотермическом транспорте; на 1,2 % сокращаются потери мясного сока при дефростации; сокращается объем работ при обвалке мяса; широкие возможности использования свежей кости; облегчается труд и улучшаются его условия.

Предпочтительность замораживания, но более хранения, мякотного мяса в блоках в некоторой степени подтверждает газетная статья ("Известия", № 237 от 17.12.1997), в которой ученые высказали предположение, что в костях говядины может содержаться возбудитель губчатого энцефалита, в просторечии именуемый "коровьим бешенством". Предположение не доказано, тем не менее правительство Британии сочло, что имеет право не допускать даже гипотетического риска. Анало-

гичный запрет наложен Европейским Союзом на продажу английской баранины с костями, если животное было забито (хранилось) более шести месяцев назад (Лондон).

В числе первоочередных задач стоят: внедрение новых биостимуляторов, антимикробных добавок, создание и применение современных видов эффективных и биодеградируемых тароупаковочных материалов, разработка и внедрение энергосберегающих экологически безопасных технологий холодильной обработки, транспортировки и хранения пищевых продуктов с использованием искусственного холода и регулируемой газовой среды, повышение качества и экологически безопасной готовой продукции.

Учеными МГУПБа установлена эффективность и перспективность применения электроконвективного теплоотвода при замораживании мяса. При этом значительно сокращается длительность процесса, способ отличается малой энергоемкостью. Показана возможность использования ресурсо- и энергосберегающей технологии при термической обработке неупакованных пищевых продуктов.

Исследования, проведенные в работах [31, 64, 76, 103, 120, 122,126 и др.] по замораживанию мяса в блоках и патентно-поисковые работы [5, 11, 17] показали, что в этом направлении имеется значительный потенциал блочного замораживания с использованием известных способов и устройств, приведенных выше, так и рассматриваемого в настоящей работе способа гидроглазирования замороженных мясных блоков.

Экологическая чистота, биоутилизируемость защитного покрытия ледяной глазурью, безотходность рассматриваемого и исследуемого в настоящей работе процесса подготовки мясного сырья к хранению гидроглазированием актуальнаа в необходимости количественной оценки данного технологического процесса, где общим критерием экологической оптимальности его является минимизация воздействия на окружающую среду [108]. В качестве такого критерия предложен уровень безотходности -интегральный показатель, учитывающий масштабы потребления природно-сырьевых ресурсов, объемы производимой продукции, массу размещаемых в окружающей среде отходов и степень их опасности.

Он формируется из двух элементарных составляющих:

Кт - показателя (или коэффициента) полноты использования материально-сырьевых ресурсов, характеризующего степень "замкнутости" технологического процесса на "входе" и "выходе" по отношению к окружающей среде;

Кэ - показателя (или коэффициента) экологичности, характеризующего интенсивность воздействия процесса на окружающую среду.

Таким образом, одним из возможных путей решения отмеченных проблемных вопросов в технологической системе замораживания (ТСЗ) может явиться исключение из нее первичной упаковки и замена ее альтернативным покрытием, таким как гидроглазирование, являющимся неисследованным направлением в создании барьерной технологии для сохранения качества мясного сырья.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ СТАБИЛИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЯСНОГО СЫРЬЯ, ЗАМОРОЖЕННОГО В БЛОКАХ

Для обоснования актуальности и перспективности темы настоящего исследования необходимо прежде всего определить основные прогрессивные тенденции стабилизации исходных качества и массы мясного сырья в процессе холодильной обработки и хранения и показать, что тематика работы выбрана в свете указанных тенденций. Этот материал содержится в первом разделе данной главы.

Во втором и третьем разделах главы рассматриваются способы подготовки мясного сырья к хранению и технические решения их осуществления в свете поставленных в настоящей работе задач, а также современные представления о процессах стабилизации мяса в аппаратурном оформлении.

Анализ качественных показателей и их изменений при гидростабилизации мясного сырья проведен в четвертом разделе. Результаты анализа качественных показателей замороженного продукта (мяса) при хранении и после хранения являются базой для постановки задач по стабилизации качества и массы продукта.

1.1. Технологические аспекты замораживания и хранения мясного сырья в блоках

Объектами исследования в настоящей работе избраны:

• процесс быстрого замораживания мяса в блоках (первый этап холодильной обработки) с подсистемой - "оборудование для замораживания";

• процесс нанесения защитного покрытия на замороженный блок (второй этап) с подсистемой - "оборудование для нанесения защитного покрытия на замороженный блок";

• процесс хранения мяса в блоках (заключительный этап) с подсистемой -"холодильник" с камерами хранения и дефростации.

В таком аспекте логично цель исследований в настоящей работе разложить на дискретные подцели с тем, чтобы сузить и конкретизировать анализ и выбор

критериев при исследовании единичных объектов.

Теоретически и экспериментально доказано, что процесс замораживания мяса интенсифицируется в постоянном магнитном поле. При этом длительность процесса сокращается на 20...30 % и криоскопическая температура мяса понижается на 0,3...0,5 °С благодаря тому, что магнитное поле интенсифицирует процесс кристаллообразования. Увеличивается коэффициент теплопроводности мяса [111, 151, 152].

Применение ультразвука при замораживании значительно интенсифицирует как наружный теплообмен между продуктами и средой, так и внутренний, за счет увеличения коэффициента теплопроводности [73].

Установлено также интенсифицирующее воздействие на процесс замораживания мяса вибрации. Так, при использовании разработанного двухстадийного комбинированного способа его замораживания (на первой стадии - орошение жидким азотом, на второй - воздушное замораживание в камере с одновременным воздействием вибрации) процесс кристаллизации влаги по сравнению с однофазным замораживанием сокращается на 40 %, усушка мяса - на 0,6 %, снижаются электрозатраты, сохраняется его качество [31, 74, 117, 127, 130, 145, 199, 209 и др.].

Проведенными в МГУПБе исследованиями показано, что инъецирование активированной воды в парные говяжьи полутуши позволяет снизить или ликвидировать усушку мяса при его термической обработке [31, 69].

Подавляющее большинство экспертов считают маловероятным переход к 2010 г. на технологию полной разделки и вакуумного упаковывания мяса в пленку, при которых проблема усушки была бы снята. По их коллективной оценке, в 2010 г. от 48 до 53 % мяса будет подвергаться термической обработке и хранению в неразделанном виде (туши, полутуши, четвертины).

Опрос показал, что сокращение потерь мяса от усушки при термической обработке и хранении может быть достигнуто при внедрении интенсивных и ресурсосберегающих технологий, таких как: охлаждение мяса с предварительным интенсивным охлаждением; однофазное замораживание мяса; использование пищевых покрытий на основе моноглицеридов, гидроглазирование.

Данные укрупненного технико-экономического анализа [1, 66, 111, 194] свидетельствуют о том, что технология с предварительным нанесением на полутуши пище-

вого покрытия требует наименьших капитальных затрат на организацию процесса. По данным ВНИХИ, применение пищевого покрытия позволит уменьшить суммарную расчетную величину потерь мяса на 20 % [47, 66].

Проанализируем принятые подсистемы на актуальность их модернизации, как объектов реализации интенсивных технологических процессов.

Технологическим оборудованием, в котором реализуется процесс быстрого замораживания, выбран в нашей работе плиточный морозильный аппарат роторного типа. Альтернативой замораживания в морозильных аппаратах является камерное замораживание. Однако в современной холодильной технике происходит процесс замены камерного замораживания на аппаратное. Этот процесс признан одной из перспективных тенденций в холодильной технике [20, 31, 39, 42, 74, 103, 121, 122, 126 и др.]. Разработанные отечественными и зарубежными учеными скороморозильные, в том числе плиточные, аппараты основаны на использовании четырех основных методах замораживания. К ним относятся: 1) замораживание в потоке воздуха; 2) криогенное; 3) в некипящей или кипящей жидкости; 4) на металлической поверхности.

Снижение испарительных потерь продукции не менее важный фактор при холодильной обработке.

По первому этапу - оборудование для замораживания, ставится цель: снижение продолжительности замораживания и усушки продукта, модификация на входимость в систему б л очно-модульного построения технологического процесса в линию.

Для достижения поставленной цели необходимо широкое использование интенсивных технологических процессов, требующих для внедрения дополнительных капитальных затрат, но обеспечивающих более существенное сокращение усушки.

Внедрение в промышленность интенсивных и ресурсосберегающих технологий позволит уменьшить суммарную величину потерь мяса от усушки и дополнительно получить около 60 тыс. т его ресурсов [163]. Действительно, если представить, что расход энергии при аппаратном замораживании будет снижен в два раза, то приведенные затраты на замороженные продукты уменьшатся лишь на 2 %. А снижение потерь от усушки всего на 1 % обеспечит уменьшение приведенных затрат на замороженные продукты на 8 %. Таким образом экономическим критерием оптимизации работы морозильного аппарата для его последующей модернизации не может слу-

жить минимум энергозатрат, а целесообразен выбор целевой функции в виде комплекса показателей, обеспечивающих снижение потерь объекта замораживания от усушки, а именно целесообразная подготовка продукта к хранению, ибо усушка мяса рассматривается не только как количественный, но и качественный показатель. Наряду с этим необходимо обеспечить после замораживания такую поверхность блока, чтобы предотвратить воздействие на продукт внешней среды, способствующей окислению жира (кислород, отрицательные эффекты лучистой энергии, абсорбционные воздействия и пр.), высыхания при холодильном хранении и необратимых изменений белковой и коллоидной структуры, что ухудшает способность мяса удерживать влагу при размораживании и приводит к сухости.

По второму этапу - «оборудование для нанесения защитного покрытия» гидроглазированием замороженного блока, ставится цель: обеспечение на блоке защитного покрытия заданных функциональн