автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.13, диссертация на тему:Изыскание параметров процесса стерилизации рыбных консервов из сардины по микробиологическим и реологическим показателям

РГ6 од

Министерство образования Украины

ОДЕССКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи

САНГАРЕ АБУБШР

ИЗЫСКАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СТЕРИЛИЗАЦИИ РЫЕЕШХ КОНСЕРВОВ ИЗ САРЯИНЫ ПО МИКРОНЮЛОГИЧЕСКИМ И РЕОЛОГИЧЕСКИМ ГОК/1 ЗАТЕШИ

Специальность 05.18.13 - технология консервированных пищевых продуктов

Автораф-е'рат . диссертации на соискание научной степени кандидата технических наук

Одесса - 1994 ~

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Одесском технологическом институте пищевой промышленности им. М.В. Ломоносова.

Научный руководитель - доктор технических наук,

• профессор Флауменбаум Б.Л.

Научный консультант - кандидат технических наук

Добробабина Л.Е.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

Винникова Л.Г.

- кандидат технических наук Бойдык H.H.

Ведущая организация - Арендное предприятие "Антарктика".

Защита, состоится года в /¿^^часов

на заседании специализированного совета Д 066.35.01 при Одесском технологическом институте пищевой промышленности имени М.В. Ломоносова, 270СВ9, Украина, г. Одесса, ул. Свердлова, 112. ' >

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Одесского технологического института пищеь^й промышленности им. М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан

Ученкй секретарь специализированного совета , д.т.н., профессор

Б.В. Егоров

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Решение задач обеспечения продовольственными товарами населения уже многие годы остается актуальным для целого ряда развивающихся стран, а том числе африканских.

Экономическая структура Республики Гвинея (Конакри) такова, что темпа роста населения несколько опережают объемы выпуска необходимого продовольствия. Как и ео всем мире, в этой стране ощущается дефицит белка. В настоящее время потребление рыбных продуктов значительно ниже мировых норм, которые составляют 30 кг. в год на одного человека.

В связи с этим весь.''а актуальной является, проблема увеличения производства консервированных продуктов из сырья океанического и морского лова.

Благодаря географическому положению и богатству рыбных запасов Республика Гвинея тлеет возможность значительно увеличить валовую переработку рыбного сырья. Основной удеЛъный вес в объеме добываемого сырья приходится на рыб семейства сельдевых (С ¿иресоСае). отличающихся высокой питательной ценностью.

Цель и задачи исследований. Целью работы является изыскание ' параметров стерилизации рыбных консервов семейства сельдевых на основе микробиологических и реологических характеристик.

В связи с этим предусматривалось решить следующие задачи:

по имеющимся константам термоустойчивости микроорганизмов рас-,, считать требуемую летальность применительно к разрабатываемым режимам стерилизации рыбных консерЕов; .

исследовать кинетику теплового гидролиза костной ткани рыб семейства сельдевых и определить соответствующие кинетические константы;

изучить биохимические особенности размягчения позвоночной кости костистых рыб и обоенрвать химизм происходящего процесса с учетом микроструктуры костной ткани рыб;

Разработать научно обоснованные режимы стерилизации консервов пз трех видов рыб семейства сельдевых с учетом полученных реологических показателей.

Научная новизна. Изучение процесса размягчения позвоночных костей различных семейств рыб и установление кинетических констант процесса их теплового гидролиза позволило определить соответствуй

щие показатели размягчения конкретно для тех или иных еидов рыб. Полученная математическая модель процесса размягчения костной ткани дала возможность объективно, на научной основе, изыскивать различные формулы стерилизации между собой, оценивать их реологическую эффективность.

Проведенное впервые микроскопирование срезов костной ткани рыб I. изволило воссоздать структуру этой ткани и обосновать химизм процесса ее теплового гидролиза, происходящего при стерилизации консервов .

Практическая ценность. Разработг : новый реологический параметр режимов стерилизации консервов из рыб - эффективность размягчения кости.

Апробация работы. Материалы исследований были доложены на 52-й научной конференции, посвященной 90-летшо ОТИПП им. М.В. Ломоносова -(Одесса, 1992) и 53-й научной конференции ОТИПП им. М.В. Ломоносова (Одесса, 1993), международной научно-технической конференции "Розроб-" ка та впровадкення нових технологи I обладнання у харчову та переу ■ робн1 галуз1 АПК (Киев, 1993).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и приложения', перечня литературных источников (164 наименова-.ний, из них 37 на иностранных языках). Работа изложена на 157 • страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 19 таблиц.

На защиту выносятся результаты изучения кинетики процесса размягчения костных тканей костистых рыб; особенности строения и хши-. ческого состава костных тканей; научно обоснованные с микробиологических и реологических позиций параметры тепловой обработки консер- • .вов из костистых рыб семейства сельдевых.

Во введении обоснована актульность темы и сформулирована цель настоящей работы.

В первой главе проведен анализ факторов, влияющих на развари-ваемость костной ткани рыб в процессе стерилизации консервов. Раз-_смотрены работы по тепловой стерилизации как основного способа обработки консервов из костистых рыб, освежено влияние на параметру процесса стерилизации реологических свойств рыбы. Особое внимание уделено вопросам изменения химического состава костных тканей,структура и ыикроскопированию костных объектов.

На основе проведенного анализа литературных данных поставлена цель и определены задачи исследований.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1. Объекты к методы исследования

3 качестве объектов исследования использовали позвоночные кости рнб семейства сельдевых ( Ciupeldae. ), а также консервы, из-, готовленные из этих рыб. Исследования проводили с тремя видами этого семейства: сардиной марокканской ( Saldino. pLicha.zd.us ); сардиной тихоокеанской (дальневосточной) иваси (.Saidinop sagus métanoste eta ); сардинеллой круглой Зба ( Sazdine¿Éa JtwiLta).

Кинетику размягчения позвоночных костей рыб изучали методом, основанным на определении критического напряжения, необходимого для разрушения структуры позеонкэ.

Усилие разрушения костных тканей рыб исследовали в динамике по следующей схеме - сырая кость и термически обработанная в различных средах при четырех температурных уровнях: 112, 120, 130, 140 °С. Прогрев костей проводили б специальных латунных тест-цилиндрах, которые герметично укупоривались. В разлгчных опытах кости пометали В' тест-цилиндры, заполненные той или иной модельной средой (водой, маслом или томатной заливкой), которая имитировала разные группы консервов. Прогрев проводили в глицериновой бане ультпатермостата до тех пор, пока удельное усилие разрушения кости не превышало 1,5-2,0 кг/см2.

Экспоненциальный характер полученных кривых процесса р.змягче-нил костных тканей позволил прогести их выпрямление в полулогарифмической систем координат и впоследствии найти кинетические константы D и Е , которые использовали для определения требуемой и фактической эффективности размягчения костной ткани.

С целью вскрытия.химизма процесса размягчения костных тканей рыб при их тепловом гидролизе были изучены химический и' аминокислотный состав белков костных тканей общепринятыми методами. Аминокислоты в бульоне-экстракте костных тканей исследовали методом ультрафиолетовой спектрометрии. Содержание отдельных макро- и микроэлементов определяли методом пламенной фотометрии и адсорбционным мег ">дом на атомно-адсорбционном спектрофотометре ASS-3. .

Выделение препарата гиалуроновой кислоты из костной ..ткани и ее идентификацию проводили водно-спиртовой экстракцией с последуппим-громатографированием на бумаге 'распределительным методом.

Для определения микроструктуры костных тканей позвонка исследуемых видов рнб делали продольные и поперечное срезы кости. Полученные фрагменты изучали на ,растровом электронном микроскопе F3:.í-2CO.

Прогреваемость консервов при стерилизации из различных видов рыб определяли с помошью хромель-копелевых термопар, входящих в термоизмерительный комплект Н26-йьГ, и е качестве потенциометра, прибора комбинированного ци/ТроЕого марки Щ-300. Стерилизацию консервов проводили в лабораторных условиях на универсальном стенде с программным управлением процесса, позволяющим воссоздавать условия стерилизации в автоклавах типа Ш и фрмы "Любека" модели 2002.

Работы по корректировке действующих режимов стерилизации и научному обоснованию новых выполняли в полном соответствии.с "Инструкцией по проверке действующих и разработке новых режимов стерилизации консервов из рыб, морских беспозвоночных и водорослей" и РД 10.03.02-88.

2.2.1. Изучение кинетики процесса размягчения костной ткани рыб семейства сельдевых *

Выбор режимов с: ^р::лизации по кулинарной готовности кости до сих пор проводился методом экспериментального подбора, т.е. не существовало объективного критерия оценки : реологической эффективности режимов стерилизации. Это потребовало основательно изучить влияние на процесс гидролиза костной ткани как времени теплового воздействия так и его температурного уровня. Исследования проводили с костной тканью трех видов рыб семейства сельдевых: сардиной марокканской, сельдью-иваси, сардинеллой Эба. Все полученные кривые кинетики размягчения костных тканей носили экспоненциальный характер, аналогично кривил, приведенным на рис. I.

2.2. Результаты исследования

Рис. I. "Натуральные" кривые размягчения позвоночных костей рыб семейства сельдевых в воде при 120 °С.

60

40

20

'О 20 . 40

2 - кривая размягчения

I - кривая размягчения

3 - кривая размягчения

сельди-иваси;

. сардины марокканской.

сардинеллы Эба;

Очевидно, что в основе процесса .размягчения костных тканей рыб лежат те же процессы теплового гидролиза, что и при гибели микроорганизмов и деструкции питательных веществ. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что кулинарная готовность костных тканей различных рыб достигается не за одно и то т*в время. Дольше необходимо обрабатывать кости сардинеллы Зба, затем сельди-иваси и менее всего сардины марокканской. Определяющими факторами при этом являются морфологические особенности изучаемого сырья, а именно размеры и объемы позвоночных костей.

Установлено, что процесс размягчения костных тканей наиболее интенсивно протекает в среде томатного соуса, затем в воде,- а в масляной среде он протекает наиболее медленно.

В результате проведенного преобразования кривых в полулогарифмической анаморфозе была получена серия выпрямленных кривых, которые позволили найти кинетические константы протекающего процесса.

Рис.2. Кривые размягчения позвоночных костей рыб семейства-сельдевых в сопоставлении с кривой выживаемости С. ¿роюдепе^ ' б'.консервах в масле при 120 °С.

1- кривая размягчения костей .сардинеллы Эба (Д = 37 мин)

2- ксивая размягчения костей сельдя-ивася *

3- кривая размягчения костей сасдикы мьвоккьпской \Bj~u «иг;

4- кривая зщтаЕаемоетл С. Зроходеп^ в ентяттае улнмрвед "Сардина бланшированная в у^ло" С,с2 •/:■!■:)

Константа D характеризует время десятикратного снижения усилия размягчения кости при постоянной температуре. Ке значения для трех видов рыб приведены в табл. I.

Данные табл. I и рис. 2 свидетельствуют о том, что гибель микроорганизмов С. 3роюдепез при тепловом воздействии наступает значительно быстрее, чем гдцролиз компонентов химического состава, ответственных за твердость костной ткани.

Нахождение другой кинетиче'ской константы 2 -числа градусов,на которые нужно повысить температуру стерилизации, чтобы уменьшить значения в 10 раз (табл. 2), позволило создать математическую модель оценки эффективности теплового воздействия на костные ткани.

Характерно, что для костей, обрабатываемых в среде томатного соуса, обе константы аначител:.яо меньше, чем для костей, обработанных в воде и, особенно, в масле. Термоустойчивость костных тканей . вависит от рН среды, в кислой среде ее значения снижаются.

С помощью полученных значений константы Е были составлены ■девять таблиц переводных коэффициентов размягчения, которые рассчитывали по формуле

ш

где Тэ и Тд - эталонная и температура в данный момент, 0 С .

Наличие переводных коэффициентов позволило рассчитать интегралу ный показатель степени размягчения костных тканей - "эффективность размягчения" - Р^ любых режимов стерилизации

+ (2),

• а.

По аналогии с соответствующими микробиологическими расчетами находили и значение необходимой эффективности размягчения Рн по формуле г, п/. О

О)

где С}, и - удельные усилия размягчения сырой и "поддающейся раэ-■'«евыганию кости,

В соответствии с формулой были рассчитаны Рн для-режимов стерилизации консервов из всех трех видов рыб семейства сельдевых (тьбл. 3).

Таблица I

Кинетическая константа £> процесса размягчения костной ткани рыб семейства сельдевых

Вид модельной среды¡Саодина марокканская Сельдь-иЕаси 1 Сатздинелла Зба

•¡112 ¡120 ¡130 ¡140 ¡112 ¡120 ¡130 ¡140 ' 112 ¡120 ¡130 ! 140

Вводе 21,5 12,5 '7,5 3,50 34,5 23,0 10,0 6,0 50,0 26„0 16,0 7,0

В томатном соусе 13,5 8,9 5,0 2,2 27,0 17,0 10,0 3,0 44,0 25,0 12,0 ^ 1 О

В масле 43,5 16,5 9,0 6,0 52,0 29,0 20,0 9,0 63,0 37,0 26,0 16,0

со

Таблица 2

Кинетическая константа £ процесса размягчения костной ткани рыб семейства сельдевых

Виды модельной средьпСардина !Сельдь-иваси'Са [марокканская) | р^^нелла

В воде ~ 35 36 26

В томатном соусе 24 " 27 28

В мЗсле 36 37 50

Таблица 3

Значения нормативной "эффективности размягчения" режимов стерилизации консервов из рыб семейства сельдевых

Вид сырья О ; Значения Р„, усл. мин ! л

1 1 1 ¡для консервов,'для натутзаль-¡для консервов ¡в томатном ¡ных консервоБ;в масле 'соусе ! !

Сардина марокканская 10,4' 15,6 21,1

Сельдь-иваси 19,9 28,9 44,9

Сардинелла Эба 25,0 40,0 58,5

2.2.2. Биохимический состав и микроструктура костной ткани изучаемых видов рыб

С целью раскрытия сути происходящих при тепловом гидролизе изменений костной ткани были изучены изменения ее основных химических компонентов.

Исследования элементарного химического состава показали, что костные ткани сельдевых достаточно обводнены (до 50 %). В результате стерилизации содержание воды увеличивается на 25-36 Содержание других химических составляющих, протеина и ляпидов в результате тепловой обработки уменьшается почти в 2 раза. Эти компоненты переходят в заливку.

Установлена также зависимость между содержанием в костных тка* нях влаги и липидов и их твердостью. Чем меньше содержание воды и выше содержание жира, тем тверже костная ткань. Кости сардинеллы • Эба в 2-2 аза тверже костей сардины марокканской и сельди-иваси.

Липйды играют роль своеобразного буфера, препятствующего процессу гидролиза костных тканей, молекулы жира, являясь гидрофобами, обволакивают ткани костей и препятствуют их гидролизу, отталкивая .молекулы воды.

Значительное содержание белков в костных тканях потребовало научать'их аминокислотный состав. Они имеют богатый набор аминокис-' лот, до 20 наименований, включая незаменимые. Велико содержание в нативной костной ткани пролина, глицина, глутамин „вой кислоты, мало тировина, гиетвдина, метионина, триптофана, отсутствуют цистин и норлейцин, что характерно для коллагеновых белков. Пролин, глицин и глутшановая кислота являются основой полипептвдных цепс'.ек белков, поскольку они подвергаются наибольшим превращениям при стерилизации тки:е". Изменение содернитя амглоклсдот в костной ткани, происходящее при стерилизации, объясняется их переходом в заливку и бульон.

Таблица 4

Характеристика действующих и научно обоснованных режимов . стерилизации консервов из рыб семейства сельдевых

Режимы.стерилизации, мин/°С.МПа ¡Летальность режимов ¡Эффективность размят-

;стерго1мзации^ус.л.мтлн;Чения кости, угл.мин

действующий | новый i

! ? ! F й£кт. i н i------- --

{действ¡новый ¡

! Р -I н

p-ftaKT.

—т-

действ; новый

[. Сардина океаническая "аппеттяая" в б. I массой нетто 100 г (из сардины марокканской)

i. Сардина натуральная с добавлением масла в б.З массой нетто . 250 г (из сельди-иваси) -

J. Сардина атлантическая в масле в б.19 массой нетто 230 г (из сардины марокканской)

1. Уха "азовская" в б. 3 массой нетто 250 г (из сардинеллы Зба)

Сардина бланшированная в масле в Ö. 3 массой нетто 250 г (из сардинеллы оба)

5-15-40-20jQ 20 5-15-20-20 <р 2Q 5 ? 22,5 8,7 15,6 • 43,5 24,1 . 120 С 120 С ' .

(инструкция)

__5,9 12,0 28,8 28,9

5-15-40-20

*120°С

(Клайпедский р/к згвод)

4-40-2!

0,20

С',20

4-35-2С 120°С

3,20

0,20

120°С

ШурМЬНСК'/Х р/к комбинат)

4=50=20 0 2С 4=65=20. 12С°С 120 С

(Клайпэдскл^ р/к

5-15-75=20^ 20 E-I5^65-20j0f20 120°С 120 С

5,5 10,6 7,5 21,1. 26,4 21,7

5,0 11,7 21,Б 40,0 29,7 44,1

5,5 32,7 25,8 58,6 68,4 59,7

1'1

0,12

Рис. 3. Сравнительная прогреваемость, летальность и "эффективность размягчения" костных тканей консервов "Сардины океанические "аппетитные" в банке I, массой нетто 100 г, стерилизованных по режимам:

5-^5-40-20 . о 20 ;,Ша и 5=1§=§&3£Г. 0.20 ЫПа 120 С 120°С

I, 5-температурный режим автоклава; 2, 6-ксивые прогрева центра банки; 4. 8-крпвые летальности; 3, 7-кривне "эффективности размягчения" кости.

ВЫВОДЫ

1. Размягчение костных тканей различных рыб семейства сельдевых при тепловом воздействии достигается не за одно я то и времяА Дольше размягчается кости сардичеллн Эба, затем сельди-иваси, п менее всего сардины марокканской. Это связано с морфологическими особенностями того или иного вида рыб," а именно размерами ее позвоночных гостей.

2. Процесс размягчения костных тканей всех трех видов рыб при тепловой стерилизации гротекает. в соответствии с кинетикой мономоле-

кулярной реакции и может быть охарактеризован соответствующими кинетическими константами 2) и 2 • Кривые размягчения кости носят экст ненциальный характер, напоминавший кривые отмирания микроорганизмов что позволило выпрямить их в полулогарифмической системе координат.

3. Константа I) процесса размягчения кости, характеризующая вр| мя десятикратного снижения ее твердости при постоянной температуре, зависит от вида сырья, а также группы консервов и их рН и колеблете, от 2,2 до 63,0 мин. Наименьшее значение 2) характеризуют _твердость костных тканей сардины марокканской в среде томатного соуса (рН=5,0 а наибольшее для костных тканей сардинеллы Эба в масле (рН=7,0).

4. Константа -3 процесса размягчения кости, характеризующая тер моустойчивость кости в зависимости от температурного уровня .и представляющая собой количество градусов, на которые нукно повысить тем пературу обработки, чтобы константа уменьшилась'в 10 раз,.колеблется от 24 до 50 °С и-также зависит от вида сырья. Математико-статистиче-ская обработка- констант термоустойчивости подтвердила достаточную степень достоверности полученных данных и возможность их дальнейшего использования для создания математической модели процесса размягчени костных тканей.

5. Наличие кинетической константы 2 позволило рассччтать переводные коэффициенты Кр и затем интегральные показатели процесса размягчения позвоночных костей рыб - фактическую "эффективность размят-сения". (Рф) и сравнивать различные режимы стерилизации по степени их воздействия на процесс размягчения ко^ти.

6. Константа А необходима для определения "нормативной Э'Тфекти ности размягчения" (Рн) режимов стерилизации, которая составила от 10,1 до 58,5 "усл.мин в зависимости от вида рыбного сырья и группы кс сервов.

7. Исследования элементарного химического состава костных ткан? рыб семейства сельдевых в динамике показали, что существует зависимость между содеряанием в них влаги и липидов и их твердостью. Чвь меньше содержание воды и вше содержание жира, тем тверже костная ткань. Кости сардинеллы Эба в 2-3 разе тверже костей сельди-иваси I сардины марокканской.

8. Белки костных тканей представлены неполноценным" в пищевом отношении белком оссеином, но имеют богатый набор аминокислот (до 2( наименований). Основой полипептидной цепочки этого ¿елка является пролия, глицин п глутемпновая кислота, что характерно для коллаген-ных белков.

9. Содержание минеральных веществ в кости всех исследуемых рыб пропорционально содержанию в,них липидов. Анализ спектра минеральны:

веществ показал, что ок чрезвычайно богат и насчитывает до 12 мгкро-н микроэлементов. Костные ткани является депо Са и Р, количество их достигает соответственно 4CGG и I5G0 мг на ICC г продукта. Наличие в костных тканях незаменимых элементов, игратих важную роль в развитии организма человека, свидетельствует о нежелательности 'Тилетирования сырья при производстве рыбных консервов, что привело бы к значительно^ снигенив пх плшевой ценности.

10. Проведенное впервые изучение микроструктуру костных тканей ркб семейства сельдеЕых показало идентичность строения позвоночных костей всех рыб. Установлено, что костные ткани, как и все соединительные ткани, состоят гз двух компонентов: клеток и межклеточного вещества, состоящего из строго ори?:- жированных к оси позвонка колла-геновых фибрилл, скрепленных солями С и г.

11. Б результате комплекса проведенных реологических и биохимических исследований, ь также мккроскопированкя на растровом электронном микроскопе pacE^ii-OBaE процесс размягчения костных тканей, который представляет собой тепловой гидролиз соединительной ткани, сопровождающийся деминерализацией каркаса кости, состоящего из солей Са и F и переходом пх и части органического матрикга в бульон или заливку консервов. Этот процесс подтвержден соответственно проведенным балансом Са п Р и ультрафиолетовой спектроскопией.

12. Откорректированы действующе и разработаны новые научно.обоснованные режимы стерилизации рыбных консервов кэ рыб семейства сельдевых, которые содержат, помело традиционных теплотизических и микробиологических характеристик, к новый параметр - кривую "эффективности размягчения".

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Флауменбаум Б.Л., Сангаре дбубакар, Добробабина Л.Б. Кинетические константы размягчения костной ткани рыб семейства сельдевых// Тез'.докл. 52-й науч.кск?..посвяа. 90-летию ОТИПП,Одесса,I992.-C.58.

2. Добробабина Л.Б., Абубакар Сангаре. Изучение микроструктуры костных тканей ркб семейства сельдевых/Дез.докл. 52-й научн. конФ. ОТИШ па. М.В.Ломоносова, Одесса, 1993.- С.58.

3. Флаукенбауы Б.Л., tангаре Абубакар, Добробабина Л.Б.Шнеюаль-еей склад kIctkoboI тканини риб//Тези допов. м12шародно1 науково-тех-hl^iol койеренЩГ, KbIb, I993.-C. 428.

4. Флауиенбаум Б.Л., Сангаре Абубакар, Добробабина Л.Б. Ем1на ьзотьи1сних компонент1в kIctkobex тканин ряб при тепловому г1дрол1з1 /Гези догов.м1жнародно1 наукоЕО-техн1чно1 копф.- Кп1в, I993.-C.429.

5. Флауменбаум Б.Л., ¿бубакар Сангаре, Добробабина Л.Б. Размягчение еозеэночкых костей ркб при тепловой обработке //Пищевая проккпь -скность.- К.: less, & 5,- С. 24.