автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка эффективных технологий консервирования шкур крупного рогатого скота с применением природного цеолита

. / . /-Л .,"1 Л-..... / ' /

>5 /7 ' (,/ / / . /Л / , -ч > /л

хУ ^ / - / ^

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи

Ким Владимир

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ КОНСЕРВИРОВАНИЯ ШКУР КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Кудряшов Л.С.

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр

Введение 4

Глава 1. Обзор литературы................................................................................................................................................6

1.1. Видовые особенности шкуросырья

как объекта консервирования. Строение

и химический состав шкур.................................................................6

1.2. Химические способы консервирования шкур........................................................13

1.2.1. Характеристика способов посола шкур....................14

1.2.2. Консервирование шкур в присутствии антисептиков..............................20

1.2.3. Консервирование шкур составами с

уменьшенным содержанием хлорида натрияю....................................................26

1.3. Способы консервирования шкур, основанные

на применении физических воздействий........................................................................31

1.3.1. Обработка шкур V УФ-, ИК-лучами...,.,.,.....,......................................................32

1.3.2. Консервирование шкур охлаждением..................................................................................34

1.3.3. Консервирование шкур обезвоживанием.................................... 37

1.4. Заключение............................................................................................................................................................................41

Глава 2, Организация эксперимента и методы исследований..................44

2.1. Постановка опытов и схема проведения эксперимента......................45

2.2. Методы исследований...,,,........................,.,.,,.......,.......,....,.....................46

Глава 3. Исследование обезвоживания шкур крупного

рогатого скота природным цеолитом....................................50

3.1. Влияние степени измельчения и количества

природного цеолита на обезвоживание шкур..................................51

3.2. Изменение содержания влаги по слоям шкуры..................................................56

3.3. Эффективность применения цеолитов при консервировании шкур.................................................................................60

3.4. Заключение.....................................................................................................63

Глава 4. Исследование влияния физических и механических

воздействий на обезвоживание шкур природным

цеолитом..................................................................................................................................................................................66

4.1. Влияние температуры и вакуума на обезвоживание

шкур....................................................................................................................................................................................................67

4.2. Влияние механических воздействий на обезвоживание

шкур..................................................................................................................................................................................................74

4.3. Заключение...,..........................................................................................81

Глава 5. Разработка вариантов технологий консервирования шкур крупного рогатого скота с использованием

природного цеолита..............................................................................85

5.1. Бессолевая технология консервирования шкур..................................................85

5.2. Консервирование шкур комбинированными

составами...........................................................................................................................90

5.3. Оценка качества вырабатываемых кож...............................................98

5.4. Заключение....................................................................................................100

6. ВЫВОДЫ..................................................................................................................................................................................104

7. Использованная литература...........................................................105

9. Приложения...............................................................................^".. 123

ВВЕДЕНИЕ

Мясная промышленность является основным поставщиком сырья для кожевенной и меховой промышленности. Наибольшее значение в сохранении товарных свойств кожевенного сырья имеет процесс консервирования, являющийся одним из трудоемких и длительных. В основе традиционно применяемых методов консервирования шкур лежат принципы создания неблагоприятных условий для развития микрофлоры и действия ферментов. Наиболее широко в мясной отрасли применяют обработку шкур тузлукованием и сухим посолом. Эти методы консервирования основываются на обезвоживании кожевой ткани и проникновении в нее ионов хлорида натрия. В последние годы разрабатываются новые посолочные составы на основе хлорида натрия с применением различных антисептиков и без хлорида натрия или содержащих его в значительно меньших количествах.

Известно, что для выработки кож предпочтительнее использовать парные или охлажденные шкуры, в которых основной структурный белок дермы коллаген сохраняется в нативном или близком к этому состоянии. Однако, принимая во внимание современные условия сбора и переработки шкуросырья, очевидна необходимость применения методов консервирования, обеспечивающих длительное хранение шкур.

Изысканию способов консервирования и переработки шкур посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных исследователей (Большаков A.C., Блекус В.Г., Гаевой Е.В., Иванкин М.Т., Каспарьянц С.А., Радкевич Д.П., Рогов И.А., Родин В.Н., Смольский Н.Т., Хлудеев К.Д., Bailey D., David P., Ford E., Hopkins W., Niedospial F., Rasseil A.E.).

Основное внимание в публикациях уделено изучению процессов массообмена, интенсификации посола шкур, использованию при консервировании антисептиков, повышению качества консервированного сырья.

Современные тенденции в области обработки и консервирования шкур направлены на разработку новых посолочных составов для кратковременного и длительного хранения шкур, создание малоотходных технологий. Получение консервирующих составов, не содержащих хлорид

натрия или содержащих незначительное его количество, осуществляется по двум направлениям : на основе минеральных солей и обезвоживающих органических соединений. В первом случае для лучшего обезвоживания и консервирования используют сульфиты различных металлов и аммония, что позволяет сократить расход хлорида натрия и уменьшить загрязненность сточных вод.

В этой связи представляется целесообразным использовать для обезвоживания шкур природный минерал - цеолит, обладающий высокими адсорбционными и ионообменными свойствами (68). Анализ доступных публикаций показал, что в литературе отсутствуют какие-либо сведения о применении природных цеолитов для обезвоживания шкур с целью их консервирования.

Научное обоснование целесообразности использования природных цеолитов при консервировании шкур крупного рогатого скота, оценка качества получаемого кожевенного сырья, выбор технологических режимов обработки диктуется задачами сохранения ресурсов кожевенного сырья, повышения его качества, снижения затрат на консервирование, повышение экологической безопасности производства.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Видовые особенности шкуросырья как объекта консервирования.

Строение и химический состав шкур.

Качество кож и шубно-меховых полуфабрикатов во многом зависит от качества исходного сырья - консервированных шкур убойных сельскохозяйственных животных. В свою очередь качество сырья определятся анатомобиологическим строением и химическим составом шкур, применяемыми технологиями их съемки, подготовки, консервирования, условиями транспортирования и хранения.

Шкурой считается кожный покров или кожная (кожевая) ткань, отделенная от туши. При жизни животного шкура выполняет различные физиологические функции - защитные, регуляторные, внутрисекреторные, дыхательные, осязательные и другие. Многообразие прижизненных процессов, протекающих в организме животного при участии кожного покрова, обуславливает сложность его биологического строения.

Шкура млекопитающего - многокомпонентное гистологическое образование, состоящее из волосяного покрова, эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки. Степень развития и особенности строения отдельных слоев в составе шкуры, ее химический состав существенно зависят от вида, возраста, попа, породы, условий содержания и кормления, а также других прижизненных факторов.

Эпидермис шкур представляет собой поверхностный слой, расположенный между волосяным покровом и дермой шкуры. Данный слой характеризуется незначительной толщиной (около 1-5% от толщины шкуры) и низкой проницаемостью, что позволяет рассматривать шкуру с неразрушенным эпидермисом условно, как одностороннепроницаемый объект (104).

Химический состав эпидермального слоя характеризуется самым низким по сравнению с другими слоями шкуры содержанием влаги, наличием белка кератина и его предшественников, а также пигментов, в том числе меланина (123). Количество кератина в шкуре существенно зависит от вида и возраста животного. Так, в опойке содержится 12,7% азота кератина относительно общего азота, в бычине - 4,5% (52),

Наиболее ценным слоем шкуры при выработке кож является дерма, состоящая из двух основных подслоев - сосочкового и сетчатого. Анатомически дерма расположена под эпидермисом, от которого она отделена лицевым слоем (основной перепонкой или базальной мембраной)(96,104). Связь дермы и эпидермиса осуществляется за счет так называемых эпидермальных сосочков, которые в зависимости от степени развития эпидермиса более или менее глубоко проникают в дерму, чем обеспечивают питание эпидермальным клеткам, а также влияют на формирование «мерея» шкуры. С внутренней стороны дерма граничит с подкожной клетчаткой, которая в процессе выработки кож и шубно-меховых полуфабрикатов удаляется.

Сетчатый слой дермы образован плотным и сложным переплетением коллагеновых волокон различного диаметра, что наряду с минимальным содержанием макрообразоваий шкуры (волосяных сумок, желез и других) обеспечивает высокую механическую прочность слоя. Прочность на разрыв сетчатого слоя дермы шкур крупного рогатого скота в 2-3 раза выше значений для сосочкового слоя (120,20).

Пучки вторичных волокон коллагена в составе дермы имеют форму совмещенных конусов, вершины которых примыкают к наружной и внутренней сторонам дермы. Толщина пучка в центре в 10 раз превышает толщину по краям, что также является причиной различной плотности слоев дермы (118),

Характер и степень развития слоев шкуры и дермы в целом существенно зависят от прижизненных факторов. Так, у свиней сетчатый слой не выражен и составляет 1,3 - 8,0% от толщины кожи. Дерма образована в основном сосочковым слоем, при этом отмечается сильная разветвленность вторичных коллагеновых волокон (118). Соколов В.Е. и Петрищев Б.И. (104) приводят значения промеров кожи свиней литовской крупной и вьетнамской карликовой пород в области середины лопатки. Толщина эпидермиса, дермы, ее сосочкового и сетчатого слоев соответственно составляет 2,3; 97,3; 5,8; 92,0% от толщины шкуры для литовской крупной породы и 3,5; 96,7; 1,3; 93,0% для вьетнамской карликовой. Кожевая ткань свиней характеризуется мощным развитием подкожного жирового слоя, представленного скоплением жировых клеток,

располагающихся среди соедините л ьнотканых прослоек, отходящих от сетчатого слоя, представленного скоплением жировых клеток, располагающихся среди соединительнотканых прослоек, отходящих от сетчатого слоя. Журбенка A.M. (43) сообщает о влиянии пола на особенности шкуросырья. Масса кожи самцов свиней составляет 12,56 -13,8%, а у самок - 4,83 - 4,71% от массы животного.

Толщина эпидермиса шкур крупного рогатого скота, овец, коз и лошадей не превышает 2% от общей толщины шкуры. На долю сетчатого слоя шкуры взрослого крупного рогатого скота приходится 70-75% от толщины дермы. По данным Каспарьянц С.А., Хлудеева К.Д. (52) для бычков четырнадцатимесячного возраста шести исследованных пород, толщина эпидермиса колеблется от 0,68% до 1,33% толщины шкуры, толщина сосочкового подслоя дермы - от 12,7% до 20,25% толщины слоя, сетчатого - от 9,56% до 21,17%, Ряд авторов (104), изучая особенности строения шкур коров различных пород, установили, что в среднем между породами толщина эпидермиса составляет 1,7 + 0,08%, сосочкового слоя дермы - 20,3 +. 1,1%, сетчатого слоя - 77,5 +. 3,8% от толщины кожи. Шкуры животных молочных пород крупного рогатого скота характеризуются меньшей площадью, толщиной и массой, относительной плотностью по сравнению со шкурами животных мясного направления. Межпородное скрещивание способствует увеличению массы шкур на 1524%, а площади - на 12% (52). В целом толщина шкур крупного рогатого скота в центре хребта составляет 1,12 - 3,18 мм в зависимости от породы, возраста и пола (120).

Толщина шкур овец составляет 0,83 - 1,0 мм (114). Согласно результатам исследований Авсаджанова Г.С (11), Тумуржаева М. (117) и других, толщина эпидермиса, сосочкового и сетчатого слоев шкур овец тонкорунных пород составляет у самок соответственно 0,8; 69 и 33% от толщины кожи, у самцов - 0,6; 69; 31%. Для самок и самцов полутонкорунных овец толщина указанных слоев кожи составляет соответственно 0,8; 61; 40% и 0,7; 68; 36%. Самки и самцы грубошерстных овец в среднем имеют толщину эпидермиса 0,9 и 0,7% от толщины кожи, толщину сосочкового слоя дермы - 65 и 64%, сетчатого - 34 и 35%.

Толщина эпидермиса шкур различных особей лошадей варьирует незначительно и составляет около 1,7% от толщины кожи. На долю сетчатого и сосочкового слоев дермы приходится 79,9 и 23,9% соответственно (104).

В литературе имеются данные о влиянии видовых особенностей животных на соотношение коллагеновых и эластиновых волокон в составе дермы. По данным Каспарьянц С.А. (51) лицевой слой дермы крупного рогатого скота содержит 2,0 - 2,5% эластиновых волокон. В центральном слое их не более 1,0%, а на границе с подкожной клетчаткой - около 1,5 -2,0%. Содержание эластина в коз лине составляет более 5%.

Шкутов Ю.Г., Костылев А.Ф. (123), описывая особенности гистоструктуры шкур различных видов животных, сообщают, что сетчатый слой дермы взрослого крупного рогатого скота характеризуется мощным развитием, наличием выраженной границы с верхним слоем, сложностью вязи коллагеновых волокон, их значительной толщиной и плотностью упаковки. Эпителиальные включения в сосочковом слое тонки и относительно слабо развиты, что обеспечивает высокую прочность и влагонепроницаемость вырабатываемых кож.

Шкуры овец отличаются повышенной рыхлостью из-за большого количества волосяных сумок и наклонного роста волос (под углом 10-60') (123).

Видовые особенности животных и другие прижизненные факторы определяют не только особенности строения шкур, но и высокую вариабельность их химического состава. Согласно усредненным данным (16,103,52 и др.) в шкуре содержится 55-75% воды, около 20-23% белка, 310% липидов, 1,5-2,0% углеводов, 0,6-0,8% минеральных веществ.

Влага в составе шкуры является не только самым большим в количественном отношении компонентом химического состава, но и наиболее важным с точки зрения технологии консервирования кожевенного сырья. Известно, что при консервировании врасстил и тузлукованием влагосодержание в шкуре снижается на 16-20% от исходного в парном сырье. Изделия из коллагена в воздушно-сухом состоянии содержат около 10-18% влаги.

Влага удерживается в составе шкуры химической, физико-химической (адсорбционно или осмотически) и физико-механической формами связи (29, 74, 16). Около 40% влаги в шкуре приходится на влагу-гидрат ации, удерживаемую молекулами коллагена. Оставшаяся влага адсорбционно и физико-механически удерживается макро- и микрокапиллярами шкуры (74).

Распределение влаги по слоям шкуры неравномерно. В эпидермисе содержится около 10% общего количества влаги, в подкожной клетчатке -не более 30% (52). Исследуя распределение влаги внутри дермы, Гаевой Е.В. и Синицын К.Д. (27) установили, что из трех слоев наиболее богат влагой верхний слой (около 74,4%). Центральный слой, на долю которого приходится 50% общей толщины дермы, содержит 61% влаги. В нижнем слое, составляющем 30% от толщины дермы, локализовано 70% влаги. Данные о содержании влаги по слоям дермы имеют значение для исследования скорости ее диффузии в процессе консервирования и определения оптимальных параметров проведения процесса.

Содержание влаги в шкурах существенно колеблется в зависимости от видовых, возрастных, породных особенностей животных. Согласно данным, приводимым Каспарьянц С.А. и другими (52), максимальное содержание влаги отмечено в опойке телки (73,3%), минимальное - в шкуре боровов (около 56,9%). С возрастом влагосодержание в шкурах животных снижается. Количество воды в дерме теленка, коровы и быка составляет соответственно 305, 220-227, 206 г на 100 г сухого вещества. Содержание влаги в дерме самок и самцов свиней - 180 и 132 г на 100 г сухого вещества соответственно. По данным, рыхлые участки дермы в области брюшины крупного рогатого скота содержат ЗООг воды на ЮОг белка, а в области спины -200г(74),

Белковый состав шкур животных достаточно разнообразен, однако, количественное содержание отдельных г