автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка безотходной технологии переработки пресноводной рыбы Северо-Западного региона

На правах рукописи

Поляков Константин Юрьевич

РАЗРАБОТКА БЕЗОТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ПРЕСНОВОДНОЙ РЫБЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Куцакова В.Е.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Шевченко В.В.

кандидат технических наук, Комладзе З.М.

Ведущее предприятие - ОАО "Рыбокомбинат Пищевик", г. Санкт-Петербург

Защита состоится _2004 г. в часов

на заседании диссертационного совета (шифр Д 212.234.02) при Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9, СПбГУНиПТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУНиПТ. Автореферат разослан "^С " ^^//¿У -т_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Колодязная В.С.

2006-4 !4*г

яп1ЪЬ0

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Потребности страны в качественных белковых продуктах питания требуют дальнейшего развития передовых технологий в отечественной пищевой промышленности. Одной из важных отраслей этой промышленности является производство замороженной рыбы и морепродуктов. В настоящее время доля пресноводной рыбы на внутреннем рынке увеличивается. Это вызывает необходимость разработки безотходной технологии переработки пресноводной рыбы, которая невозможна без изучения изменений качественных показателей в процессе замораживания и холодильного хранения.

Среди различных способов замораживания гидробионтов, в частности рыбы и рыбного филе, весьма перспективным является криогенный метод, осуществляемый посредством контакта продукта с жидким азотом. Замораживание жидким азотом, по сравнению с другими методами замораживания, позволяет получить продукт более высокого качества, как в отношении формирования микрокристаллической структуры, так и в отношении сохранения вкусовых характеристик, гигиеничности и товарного вида продукта. Также одним из преимуществ использования азота для замораживания пищевых продуктов является снижение потерь за счет усушки. Кроме того, азотные скороморозильные аппараты дешевы, просты по конструкции и надежны в эксплуатации.

Изучение теплофизических основ процесса замораживания жидким азотом позволяет сгладить его основной недостаток - высокую стоимость хладагента одноразового использования, что делает возможным применение этого метода для замораживания рыбного филе и недорогой пресноводной рыбы.

Анализ потребительского рынка показал рост спроса на филе рыб, что связано с увеличением количества отходов, переработка которых, в основном, сводится к получению кормовых продуктов: рыбной муки, гидролизатов, заменителя молока для сельскохозяйственных животных. Однако часть отходов (их мышечная и костная составляющие) может быть использована и на пищевые нужды: получение студнеобразующих добавок для рыбоконсервной промышленности.

Проведение исследований, позволяющих предложить безотходную технологию переработки пресноводной рыбы, является актуальным как с позиций максимального сохранения исходных свойств конечного продукта, так и с решением экологической проблемы, связанной с переработкой отходов.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка безотходной технологии переработки пресноводной рыбы Северо-Западного региона, включающей в себя производство замороженной рыбной продукции и получение сухих бульонов (гидролизатов) из пищевых рыбных отходов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести сравнительные исследования процессов криогенного и воздушного охлаждения и замораживания пресноводной рыбы и рыбного филе; решить задачу о продолжительности охлаждения филе рыбы, в том числе до криоскопической температуры на поверхности;

2. Изучить влияние посмертного состояния пресноводной рыбы на ее качество при криогенном и воздушном замораживании и холодильном хранении;

РОС. РА'! • >Ч4/ЬНАЯ Ь<- ' ' НА

< . н|»

?ОО£рк

3. Сформулировать технологические рекомендации по замораживанию пресноводной рыбы в зависимости от ее вида и посмертного состояния;

4. Разработать технологию переработки пищевых отходов, полученных при разделке рыбы на филе;

5. На основании проведенных исследований предложить технологию безотходной переработки пресноводной рыбы.

Научная новизна работы. Предложены математическая модель и адекватное уравнение для расчета продолжительности охлаждения пищевых продуктов (в частности филе рыбы), справедливое для тел произвольной формы.

Проведены сравнительные исследования процессов криогенного и воздушного охлаждения и замораживания пресноводной рыбы, широко распространенной в Северо-Западном регионе (щуки, судака, леща, окуня и плотвы).

Установлено влияние посмертного состояния пресноводной рыбы на изменение качественных показателей в процессе криогенного и воздушного замораживания и последующего холодильного хранения.

Предложены параметры проведения водного гидролиза пищевых рыбных отходов, обеспечивающие получение бульона, обладающего студнеобразующей способностью. Предложены режимы сушки бульона на инертном носителе в сушильном аппарате СВЗП, позволяющие получить сухой продукт, не теряющий при восстановлении своих студнеобразующих свойств.

Практическая значимость работы. Разработана безотходная технология переработки пресноводной рыбы Северо-Западного региона, позволяющая одновременно выпускать широкий ассортимент продукции (быстрозамороженные рыба и рыбное филе; сухие рыбные бульоны (гидролизаты), обладающие студнеобразующей способностью).

Предложены технологические рекомендации по замораживанию пресноводной рыбы в зависимости от вида и посмертного состояния, обеспечивающие лучшее сохранение качественных показателей при холодильном хранении.

Предложенные технологические рекомендации были использованы ООО "Новоладожская рыбная компания" при организации процесса замораживания рыбной продукции в азотном скороморозильном туннельном аппарате для получения замороженных продуктов высокого качества.

АОЗТ "ГИХТ" подтверждает, что пресноводная рыба, замороженная с учетом предложенных рекомендаций, сохраняет высокие качественные показатели при пролонгированных, по сравнению с традиционными, сроках хранения, что дает возможность не снижать рыночную стоимость продукции.

Разработан проект технических условий на производство мороженной пресноводной рыбы.

Апробация работы. Работа выполнялась в рамках подпрограммы "Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК" Федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения".

Материалы диссертационной работы докладывались автором на конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий в 2001-2003 гг.; МНТК

"Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке", Санкт-Петербург. 2001; ВМНК "Биологически активные добавки и здоровое питание", Улан-Удэ, 2001; II МНПК "Пища. Экология. Качество", Новосибирск, 2002; МНПК "Перспективы производства продуктов питания нового поколения", Омск, 2003; II МНТК, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга "Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке", Санкт-Петербург, 2003.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (117 наименований). Изложена на 90 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков, 22 таблицы, 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы рассмотрена классификация методов замораживания рыбы и морепродуктов, приведены теготофизические основы оптимизации процесса криогенного замораживания. Приведен анализ прижизненных и посмертных изменений в тканях рыбы, рассмотрены вопросы, связанные с изменениями в тканях рыбы при замораживании. Представлены технологии, применяющиеся при переработке рыбных отходов.

На основании аналитического обзора литературных источников сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе представлены методика проведения эксперимента и методы исследования.

Пять видов пресноводной рыбы (щука, судак, лещ, окунь, плотва) были заморожены в лабораторном азотном морозильном аппарате до среднеобъемной температуры минус 45 °С. Кроме того, проводилось замораживание исследуемой рыбы в воздушном скороморозильном аппарате до среднеобъемной температуры минус 18 "С при температуре охлаждающего воздуха минус 30 °С и скорости его движения 4,5 м/с. Замораживание рыбы проводили в стадиях посмертного окоченения и разрешения посмертного окоченения.

После замораживания рыба закладывалась на хранение при температурах минус 45 °С и минус 18 °С соответственно. Качество замороженной рыбы оценивали по следующим показателям: титруемая кислотность, величина рН, растворимость белков, содержание аминного азота, влагоудерживающая способность, модуль упругости и изменение липидов. Исследованию подвергали свежую рыбу, непосредственно после замораживания и в процессе холодильного хранения.

Для получения бульонов, обладающих студнеобразующей способностью, проводили водный гидролиз пищевых отходов, полученных при разделке рыбы на филе (головы без жабр, хребты и кости). При выборе режима гидролиза исследовали следующие параметры:

- соотношение воды и отходов (варьировалось от 2:1 до 6:1);

- продолжительность гидролиза (3.. .6 ч).

Отфильтрованные гидролизаты высушивались в сушильном аппарате со встречно закрученными потоками инертного носителя (СВЗП) при следующих ре-

жимах: температура воздуха на входе в сушильную камеру 1т = 130... 160 "С, на выходе - /тг = 92...97 "С. В исходных и восстановленных после сушки гидролизатах определялись вязкость бульонов различных концентраций и прочность образованных этими бульонами студней.

Теоретическая часть посвящена решению задачи о продолжительности охлаждения пищевых продуктов до криоскопической температуры на поверхности.

В четвертой главе представлены результаты работы, положенные в основу безотходной технологии переработки пресноводной рыбы.

Для инженерного расчета аппарата криогенного замораживания, кроме изучения динамики промораживания продукта, необходимо умение рассчитывать продолжительность предварительного охлаждения замораживаемых объектов, а также их среднеобъемную температуру на момент начала собственно замораживания.

Точное решение задачи об охлаждении тела произвольной формы невозможно, но достаточно точные соотношения для расчета продолжительности охлаждения или нагревания тел сложной формы можно получить посредством использования квазиодномерного приближения. Основная идея этого метода опирается на тот факт, что уравнение теплопроводности для всех трех тел простой формы выглядит схожим образом, а краевые и начальное условия тождественны:

где сн - объемная теплоемкость тела, Дж/(м3 оС); Х„ - теплопроводность тела, Вт/(м °С); х - координата по сечению тела, м (х = 0 отвечает центру тела, а х = Я его поверхности); ? - температура тела °С; <„ - температура среды "С; Я - характерный размер тела, т.е. для пластины - половина толщины, для цилиндра и шара - радиус, м; к - безразмерный коэффициент, равный 0 для пластины, 1 для цилиндра и 2 для шара. Отметим, что коэффициент к для тел простой формы можно определить как:

где Ф - безразмерный коэффициент формы тела; V- его объем, м3; 5 - площадь поверхности, м2.

Поскольку выражения (1) и (3) имеют смысл для тел любой формы, то решение задачи (1) в общем виде для произвольного значения к позволит использовать полученное решение для определения температуры любого тела, подставляя в него значение коэффициента к, найденное из (3). При этом характерный размер Я понимается как расстояние от поверхности тела до максимально удаленной от нее точки

РАСЧЕТ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ РЫБ И ФИЛЕ РЫБЫ

(1)

внутри тела (термический центр).

Для произвольного тела при достаточно больших временах процесса температура может быть приближенно описана следующим выражением:

"»'»+('««-О1Аехр(-тх), (4)

где т - темп охлаждения, не зависит от координаты, а коэффициент А от нее зависит. Это называется приближением регулярного теплового режима.

Для расчета по формуле (4) необходимо умение определять темп охлаждения т и значение констант А для интересующих нас точек. Необходимо установить два значения А: для температуры поверхности (А^), так как собственно замораживание начинается при достижении поверхностью криоскопической температуры, и для среднеобъемной температуры (А^) в этот момент. Значения Апое и л^ взаимосвязаны: рассмотрим случай однородного тела произвольной формы. Запишем уравнение теплового баланса:

Лобс„У = -а8{1пов-1хл)ск, (5)

где - среднеобъемная температура тела, °С; - температура поверхности тела,

Подставляя (4) в (5), получим

Anoe m-cH-V Ф Хмх

ф = -аи.=-н = х. = (6)

4об а S BiH r -R2

где х - некоторый параметр, который равен наименьшему собственному числу соответствующей краевой задачи и является некоторой функцией числа Bi„ и формы тела. Коэффициент ф называется коэффициентом неоднородности температурного поля; при Bi„ —> 0 он, очевидно, стремится к единице, следовательно, при этом X ~ BiJ0. Таким образом, числа т, А^ и А^ связаны соотношением (6), и зная значения двух параметров, можно рассчитать третий.

Хотя квазиодномерная задача (1), (2) допускает точное решение, пользоваться им неудобно, поскольку оно требует решения трансцендентного уравнения с функциями Бесселя. Поэтому предлагается подобрать аппроксимирующие формулы для X; Аоб и АП1Х, как функций BiH и к, для чего можно воспользоваться прямыми методами вариационного исчисления. Именно, параметр х является минимумом следующего функционала:

X = MIN

SefT

ШФ*

1

(7)

о

где под IV подразумевается пространство функций, удовлетворяющих условиям (2). В качестве аппроксимирующего выражения для функции Е(5) возьмем степенную зависимость:

где а и Ь - какие-то положительные константы.

Подставляя (8) в (2) и далее в (7) и находя минимум функции, получим

, V2A + 6-A + 1

о =-.

2

Подставляя (9) в (7), окончательно получим:

BiH(k +!■)•(/?/„ + -J2k + б)-(к + 2-j2k + 6+5) 1' ABil + 4(V2¿ + 6 + l)BiH + V2к + в\к + 2-Jlk + 6 + 5}'

Сравнение результатов вычислений по формуле (10) с точными значениями показывает, что результаты совпадают с погрешностью, не превышающей 1,5%.

Усредняя распределение (8), получим выражение для A.j-;.

А ^ _ {2Bi„ + k + yl2k + 6 + 3f-j2k + 6

06 ~ (4BiH2 + 4{j2k + 6 + 2)bíh +V2A + 6 \к + 2/2к + 6 + 5))-(* + 3)'

Сравнение результатов вычислений по соотношению (11) с точными значениями дает погрешность, не превышающую 3%. Коэффициент Ат можно вычислять через Аоб по формуле (6). Таким образом, формулы (6), (10) и (11) дают нам необходимые значения т, А„„ и А^.

Теперь необходимое время предварительного охлаждения Т/ и среднеобъем-ную температуру t¡, которую будет иметь тело на этот момент, можно определить исходя из соотношений (4) и (6) следующим образом:

ИЗМЕНЕНИЯ В ТКАНЯХ ПРЕСНОВОДНОЙ РЫБЫ ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ И ХОЛОДИЛЬНОМ ХРАНЕНИИ РЫБЫ

На основании проведенных исследований установлено, что некоторые виды рыб в зависимости от посмертного состояния перед замораживанием, при холодильном хранении ведут себя сходным образом. Сходство проявлялось у рыб с нежной консистенцией мышечной ткани - щуки, леща и плотвы и у рыб с плотной консистенцией - судака и окуня. По этой причине на рисунках представлено изменение качественных показателей изученных рыб на примере судака и щуки.

Величина рН мышечной ткани рыб является важным показателем. Мышечная ткань свежей рыбы в состоянии окоченения характеризуется более низким значением рН (рН = 6,41 ...6,63). Это связано с накоплением кислот в процессе посмертного окоченения. В процессе расслабления величина рН увеличивается (рН = 7,21 ...7,56) вследствие образования щелочных продуктов распада белковых молекул (полипептидов, пептидов и др.).

Замораживание снижает величину рН мяса рыбы примерно на 3 %.

При хранении рыбы, замороженной в состоянии посмертного окоченения, наблюдается незначительное увеличение рН, что, возможно, связано с началом и развитием расслабления.

(9) (10)

При хранении пресноводной рыбы, замороженной в состоянии расслабления, величина рН существенно не меняется (рН = 7Д1 ...7,56), вероятно, в результате того, что основные автолитические процессы прошли до проведения замораживания.

Состояние и количество влаги в мышечной ткани и изменение ее активности в результате посмертных процессов оказывают влияние на органолептические показатели мяса рыбы. До наступления посмертного окоченения клеточная влага связана с внутриклеточными белками и ее диффузия (а значит и выделение) ограничена. С наступлением посмертного окоченения часть клеточной влаги становится свободной и диффундирует в межклеточное и межволоконное пространство, создавая ощущение увлажненности или водянистости мышечной ткани. В состоянии разрешения посмертного окоченения связь влаги с внутриклеточными белками восстанавливается, что обусловливает улучшение органолептических показателей.

В процессе хранения замороженной пресноводной рыбы независимо от состояния и способа замораживания содержание влаги снижается на 7...12 % (за весь период хранения) в зависимости от вида рыбы, что вызвано усушкой продукции.

В результате холодильной обработки в зависимости от вида рыб изменяется и влагоудерживающая способность (ВУС) тканей. Как известно, чем выше ВУС мышечной ткани, тем меньше потери сока. Холодильная обработка снижает ВУС мяса рыбы независимо от состояния объекта и вида замораживания. Для маложирных рыб с плотной консистенцией мышечной ткани (судак, окунь), замороженных в состоянии окоченения, наблюдались большие потери клеточного сока, чем у замороженных в состоянии расслабления. Для рыб нежной консистенции (щука, лещ) максимальные потери сока имели место при замораживании в состоянии расслабления, что несколько расходится с литературными данными.

На рис. 1 представлена зависимость ВУС мышечной ткани пресноводных рыб от продолжительности холодильного хранения при температуре минус 45 °С. Как видно, на 50... 100 сут. хранения ВУС у всех видов рыб увеличивается. Дальнейшее хранение (80... 150 сут.) приводит к достаточно резкому снижению ВУС. Из рис. 1 видно, что у маложирных рыб, обладающих плотной консистенцией (судак, окунь), более высокая ВУС при холодильном хранении наблюдается у рыб, замороженных в стадии разрешения посмертного окоченения. Для рыб нежной консистенции (щука, лещ) наименьшие потери сока наблюдаются у рыбы, замороженной в стадии посмертного окоченения. Увеличение ВУС при хранении у рыбы, замороженной в состоянии окоченения, возможно, связано с началом и развитием расслабления.

Механизм увеличения ВУС связан с протеканием посмертных механо-химических процессов, которые продолжаются в замороженной рыбе во время холодильного хранения сроком до 3 месяцев. Эти процессы могут уменьшать количество выделяющегося сока, поскольку в начале расслабления мышечной ткани количество свободной влаги снижается за счет способности белков удерживать большее количество влаги вследствие фазовых волнообразно протекающих процессов денатурации белков. В дальнейшем при холодильном хранении, особенно рыбы, замороженной в стадии расслабления, возможно, развивается денатурация и агрегация белковых молекул, что может вызывать увеличение потерь сока, и, как следствие, снижение ВУС.

Для всех видов исследуемой рыбы в состоянии посмертного окоченения отме-

чена более высокая концентрация водорастворимых (114...144,5 мкг/мл) и миофиб-риллярных белков (46...64 мкг/мл), а концентрация саркоплазматических белков примерно одинаковая (16,9...28,0 мкг/мл). Известно, что главную роль в изменении свойств мышечной ткани играют миофибриллярные белки - актин, миозин и акто-миозин, составляющие наибольшую часть белков мышц рыбы.

Более высокое количество водорастворимых и миофибриллярных белков, отмеченное у свежей рыбы в состоянии окоченения, по сравнению с количеством белков в состоянии расслабления, возможно, объясняется увеличением размера белковых частиц в результате образования актомиозинового комплекса и практически отсутствием при этом его диссоциации.

Способ замораживания в зависимости от состояния рыбы оказывает влияние на растворимость мышечных белков. При криогенном замораживании рыбы в состоянии посмертного окоченения снижается растворимость белков всех фракций на 5...50 %, что, вероятно, связано с продолжением процесса образования актомиозинового комплекса, а так же денатурационных процессов, происходящих при замораживании. Криогенное замораживание рыбы в состоянии расслабления проходит на фоне увеличения содержания водорастворимых и миофибриллярных белков за исключением саркоплазматических белков, содержание которых убывает.

Полученные результаты, возможно, связаны с началом развития процесса диссоциации актомиозинового комплекса. Этому способствует и более высокая величина рН мышечной ткани рыбы, замороженной в состоянии расслабления.

Воздушное замораживание - более длительный процесс, при котором наблюдается увеличение содержания всех фракций мышечного белка, что, вероятно, обусловлено более глубокой диссоциацией актомиозинового комплекса.

Изменение концентрации водорастворимых белков при холодильном хранении практически не зависит от посмертного состояния рыбы перед замораживанием. Однако, для рыб нежной консистенции, например, щуки, замороженной в стадии расслабления, содержание водорастворимых белков несколько выше.

В начальный период хранения количество водорастворимых белков несколько увеличивается, а затем убывает (рис. 2). При этом если в первой половине хранения у окуня, замороженного воздушным и криогенным способами, содержание водорастворимых белков приблизительно одинаковое, то позднее несколько большее количество водорастворимых белков наблюдается у окуня замороженного криогенным способом, что может быть вызвано незначительной остаточной активностью ферментов. При последующем холодильном хранении усиливаются денатурационные процессы, связанные с агрегацией из-за прогрессирующего увеличения межмолекулярных водородных связей гидрофобных взаимодействий. При криогенном замораживании денатурация белков выражена слабее.

Из данных, представленных на рис. 3 и 4 видно, что при холодильном хранении рыбы, замороженной в стадии посмертного окоченения, в начале хранения наблюдается незначительный рост содержания миофибриллярных и саркоплазматических белков. При дальнейшем холодильном хранении концентрация миофибриллярных белков уменьшается из-за изменений белков рыбы, которые обычно оцениваются как денатурационные и проявляются как изменение конфигурации белковой молекулы. Однако возможна и необратимая агрегация молекул монодисперсного

миозина. Таким образом, рассмотренный механизм включает две фазы: денатурацию и следующую за ней агрегацию белковых молекул мономерного миозина.

т I >

■о •

i Ч ^-Sk о

У/л

3 1 л

О 20 40 60 80 100 120 140 160 продолжительность хранения, сут

Рис 1 Изменение ВУС мышечной ткани пресноводной рыбы при хранении

♦ щукаокоч. о щука рассл.

• судак окоч о судак рассл х окунь окоч возд А окунь окоч

130 § 120 1>ю

J 100

90 10

• а

о -.1

cí-y

\ ^

♦ 1 ¡ N

1 ►

20 40 60 10 100 120 140 160 продолжительность хранения, сут

Рис. 2 Изменение содержания водорастворимых белков в пресноводной рыбе при хранении

♦ щука окоч

• судак окоч х окунь окоч возд А окунь окоч

о щука рассл о судак рассл

S В

5 к

t I *30 8 i I 20 ё

§• 10 0

А

--

-- О Ч.

0 20 40 60 >0 100 120 140 160 продолжительность хранения, сут

Рис 3 Изменение содержания миофибриллярных белков в пресноводной рыбе при хранении

♦ щука окоч о щука рассл.

• судак окоч о судак рассл х окунь окоч возд. А окунь окоч

О 20 40 60 80 100 120 140 160 продолжительность хранения, сут

Рис 4 Изменение содержания саркоплазматических белков в пресноводной рыбе при хранении

♦ щукаокоч. » щука рассл

• судак окоч о судак рассл х окунь окоч возд. А окунь окоч.

Кроме того, повышение концентраций всех фракций белка на 80... 110 сут. хранения, по нашему мнению, отчасти может быть объяснено усушкой продукта, которая, однако, не превышает 12 % за весь период хранения.

Аминный азот, определяемый методом формольного титрования, включает как азот белка, так и небелковый азот - азот свободных аминокислот, пуриновых оснований, в том числе аденина, фесантина, гуанина и т.д. При этом на долю свободных аминокислот приходится 15...20 % азота небелковых азотистых веществ. При замораживании наблюдается снижение содержания аминного азота в среднем на 5 %. При холодильном хранении при температуре минус 45 °С содержание аминного азота изменяется незначительно (от 9,5 до 11 мг/г) независимо от состояния рыбы перед замораживанием.

При переходе от нативного состояния к наступлению и разрешению посмертного окоченения значительно изменяется консистенция мяса рыбы, которую можно оценить по изменению структурно-механических и реологических характеристик. Установлено, что эластичность мяса пресноводной рыбы, косвенно характеризующаяся величиной модуля упругости, при замораживании уменьшается на 10...50 % в зависимости от вида и состояния рыбы.

В процессе холодильного хранения независимо от стадии, на которой находилась рыба перед замораживанием, наблюдается увеличение модуля упругости, что указывает на ухудшение эластичных свойств мышечной ткани. Из рис. 5 видно, что модуль упругости мышечной ткани судака, замороженного в стадии расслабления, ниже, чем замороженного в стадии посмертного окоченения, что адекватно тем зависимостям, которые были получены относительно белка и ВУС. Для рыб нежной консистенции (щука и др.) вид зависимостей сохраняется, но лучшие результаты получены для рыб, замороженных в стадии посмертного окоченения.

Липиды рыб в процессе холодильного хранения подвергаются химическим изменениям, приводящим к ухудшению органолептических показателей продукта, которые проявляются в неприятном запахе и вкусе. Эти изменения вызваны процессами гидролитического расщепления (гидролиза) и окисления липидов, причем эти процессы могут протекать одновременно или может наблюдаться преобладание одного из них. Липиды большинства тощих пресноводных рыб (содержание липидов менее 2 %) представлены фосфолипидами (около 43 % от общей массы липидов) и тргиглицеридами (около 25 % от общей массы липидов).

Изменение липидов при замораживании и хранении изучалось на примере щуки и судака, замороженных воздушным способом до среднеобъемной температуры минус 18 °С. Определялись такие показатели, как йодное число (Й.Ч.), содержание перекисей (перекисное число - ПЛ.), карбонильных соединений (альдегидное число - А.Ч.) и содержание свободных жирных кислот по кислотному числу (К.Ч.) (пересчетом) в экстрактах жира из мяса рыбы.

При замораживании происходит увеличение кислотного числа липидов обоих видов рыб, что связано с протеканием гидролитических процессов, обусловленных достаточно высокой активностью липолитических ферментов (липаз и фосфолипаз). При хранении гидролитическое расщепление липидов щуки протекает более интенсивно, чем липидов судака (рис. 6). При дальнейшем хранении гидролиз липидов замедляется. Такие особенности гидролиза липидов щуки и судака, по-видимому,

связаны с различием в жирнокислотном составе липидов, а именно в соотношении количества фосфолипидов и триглицеридов, а так же активности соответствующих липолитических ферментов - фосфолипаз и липаз.

У свежевыловлснной рыбы перекисное число практически равно нулю, так как в живом организме жир не подвержен окислительной порче. На рис. 7 представлено изменение перекисного числа липидов щуки и судака при холодильном хранении. Согласно полученным данным, изменения носят экстремальный характер, причем максимальное количество перекисей в липидах обоих видов рыб приходится на шестой месяц хранения. При дальнейшем хранении рыбы наблюдается некоторое снижение величин перекисных чисел, что, вероятно, связано с дальнейшим превращением перекисей во вторичные продукты окисления, которые характеризуются величиной альдегидного числа.

Вторичных продуктов окисления (А.Ч.) в липидах обоих видов рыб непосредственно после замораживания не обнаружено. При хранении, как видно из рис. 8, величина альдегидного числа липидов щуки к шестому месяцу достигает значения 11,8 мг%, а в липидах судака наблюдается рост альдегидного числа до 5-го месяца хранения (4,2 мг%), а затем его величина остается примерно постоянной. Таким образом, в липидах щуки быстрее накапливаются вторичные продукты окисления.

Показатель йодного числа характеризует степень ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав липидов. Полученные данные говорят о достаточно высокой степени ненасыщенности липидов щуки (163,8 %) и судака (150,2 %). При замораживании обоих видов рыб величина Й.Ч. несколько снижается, что, скорее всего, так же связано с особенностями состава жирных кислот. При хранении значение йодного числа у обоих видов рыб падает примерно с одинаковой скоростью - у щуки со 158,3 до 120,4 % йода, а у судака - со 148,3 до 115 % йода. Вероятно, это и объясняет более интенсивную окислительную порчу липидов щуки.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЫБНЫХ ГИДРОЛИЗАТОВ

Рыбные бульоны (гидролизаты), полученные тепловым водным гидролизом пищевых отходов большинства пресноводных рыб, обладают студнеобразующей способностью. Это свойство можно использовать в рыбоконсервной промышленности для приготовления консервов в желе и заливных рыбных блюд. Основными характеристиками таких гидролизатов являются вязкость бульона и прочность образованного им студня. Для сравнения показателей коэффициента вязкости и прочности студня гидролизатов из отходов пресноводных рыб в идентичных условиях были получены гидролизаты из аналогичных отходов лососевых рыб (головы без жабр, хребты, плавники и кости форели и семги), которые также могут образовывать при тепловом водном гидролизе бульоны, обладающие студнеобразующей способностью.

Из полученных данных следует, что значения вязкости гидролизатов из отходов пресноводных и лососевых рыб почти не отличаются при концентрации сухих веществ до 10 %. При увеличении концентрации сухих веществ в растворе до 20 % гидролизаты из отходов пресноводной рыбы имеют значения вязкости почти в 2 раза выше, чем гидролизаты из отходов лососевых.

О 20 «0 «0 80 100 120 1« продолжительность хранения, сут

Рис 5 Изменение модуля упругости мышечной ткани пресноводных рыб при хранении

( 1 I 1

I 1 1 < 1 (

И "1 1

/> / т / Г - —

!Г

♦ щука окоч.

• судак окоч

щукарассл судак рассл

О 12345678 Продолжительность хранения, мес

Рис. 6. Изменение кислотного числа липидов пресноводных рыб при хранении (I = -18°С)

• щука о судак

—

1 \

/ \

г <

/ /

^ 1 \ s ✓ 1

1 • —■

012345678 Продолжительность хранения, нес

Рис 7. Изменение перекисного числа липидов песноводных рыб при хранении 0 = -18°С)

14

12

§ 3>°

i S

8 f *

I s.

1 s 4

I = « 2 0

/1 1

1 < 1

— ! Г 4

УУ

' j

0 12 3 4 5 6 7 8

Продолжительность хранения, мес

Рис 8. Изменение альдегидного числа липидов пресноводных рыб при хранении 0 = -18°С)

• щука о судак

щука о судак

Установлено, что при одинаковой концентрации сухих веществ в растворе студни, образованные гидролизатами из отходов пресноводной рыбы, обладают большей прочностью по сравнению с гидролизатами из отходов лососевых. Причем для образования студня с наименьшей прочностью « 30 г/см2 сухого гидролизата из отходов пресноводной рыбы требуется почти в 3 раза меньше, чем гидролизата из отходов лососевых, а прочности более 64 г/см2 в рассмотренных концентрациях удалось добиться только у студня, образованного гидролизатом из отходов пресноводной рыбы.

Таким образом, для получения гидролизатов, обладающих студнеобразующей способностью, целесообразно использовать пищевые отходы пресноводных видов рыбы.

На основании проведенных исследований предложена технология получения сухих рыбных гидролизатов. Водный гидролиз пищевых рыбных отходов следует проводить в течение 5 ч при соотношении водаютходы 4:4 при 100 "С, сушку - в аппарате СВЗП при следующих температурных режимах: температура воздуха на входе в сушильную камеру 1а = 135 °С, на выходе -/«*< = 95 °С.

Выводы по работе

1. Проведено сравнительное исследование процессов криогенного и воздушного охлаждения и замораживания пресноводной рыбы и рыбного филе.

2. Предложено решение уравнения нестационарной теплопроводности для тел сложной формы, позволяющее определить продолжительность охлаждения до заданной температуры на поверхности и среднеобъемной температуры тела произвольной формы.

3. Показано, что при замораживании филе рыбы время охлаждения до крио-скопической температуры на поверхности соизмеримо со временем замораживания и составляет достаточно заметную часть (15,5...28,3 %) от общей продолжительности процесса.

4. Исследованы биохимические и физико-химические изменения, происходящие в мышечной ткани рыб, замороженных в стадиях посмертного окоченения и расслабления, при холодильном хранении.

5. Выявлено влияние посмертного состояния рыбы перед замораживанием на изменение качественных показателей в процессах замораживания и холодильного хранения. Разработаны рекомендации по замораживанию пресноводной рыбы в зависимости от ее вида и посмертного состояния, заключающиеся в том, что рыбу с плотной структурой мышечной ткани (судак, окунь), следует замораживать в состоянии разрешения посмертного окоченения, а рыбу с нежной структурой мышечной ткани (щука, лещ, плотва) - в состоянии посмертного окоченения, что позволяет сохранять более высокое качество рыбы при холодильном хранении.

6. Разработана технология водного гидролиза пищевых отходов, полученных при разделке рыбы на филе с получением студнеобразующих добавок для рыбоконсервной промышленности, оценено качество полученного продукта по механическим и реологическим показателям.

7. На основании полученных результатов предложена технология безотходной

переработки пресноводной рыбы Северо-Западного региона, заключающаяся в выпуске широкого ассортимента продукции (замороженная рыба и рыбное филе, сухой рыбный гидролизат, обладающий студнеобразующими свойствами)

1. Куцакова В.Е., Поляков К.Ю. Определение параметров гидролиза и сушки рыбных гидролизатов // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: Международная научно-техническая конференция: Тез. докл. - Санкт-Петербург, 6-7 июня 2001 г. - С. 344.

2. Куцакова В.Е.. Поляков К.Ю. Активные пищевые добавки из рыбы и морепродуктов // Биологически активные добавки и здоровое питание: Всероссийская научная молодежная конференция: Тез. докл. - Улан-Удэ, 25-28 сентября 2001 г. С.

3. Ишевский А.Л., Куцакова В.Е., Поляков К.Ю., Ишевская A.A. Изменение качественных показателей замороженных пресноводных рыб при холодильном хранении. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. - № 3. - С. 46 - 49.

4. Куцакова В.Е., Ишевский AJ1., Леваков В.В., Поляков К.Ю., Белова A.B. Кинетика гидролиза белоксодержащих отходов гидробионтов. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. - № 12. - С. 31 - 33.

5. Ишевский АЛ., Куцакова В.Е., Поляков К.Ю., Зюканов В.М. К вопросу о качестве холодильного хранения пресноводных рыб // Пища. Экология. Качество: II i международная научно-практическая конференция: Тез. докл. - Новосибирск, 10-11

июня 2002 г. - С. 243-244.

6. Ишевский АЛ., Куцакова В.Е., Поляков К.Ю. Изменение качественных показателей пресноводных гидробионтов при холодильной обработке. // Перспективы производства продуктов питания нового поколения: Международная научно-практическая конференция: Тез. докл. - Омск, 9-11 апреля 2003 г. - С. 96-97.

7. Ишевский А.Л., Запрометов A.A., Ишевская A.A., Поляков К. Ю. Количественная и качественная оценка сырья для производства продукции из пресноводных гидробионтов. // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: 11 Международная научно-техническая конференция, посвященная 300-летию Санкт-Петербурга: Сборник трудов. - Санкт-Петербург, 2003 г. - С. 388-390.

Подписано к печати 15.04.04 Формагг 60x80 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Печ. л. 1,0_Тираж 80. экз_Заказ № 85.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

99-100.

СПбГУНиПТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9. ИПЦ СПбГУНиПТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9.

2 3 АР 200*