автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка, производство и применение коптильного препарата Амафил

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ ПО РЫБОЛОВСТВУ

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 664.951.3:664.951.5

ИЛЬИЧЕВ Александр Филиппович

РАЗРАБОТКА, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ КОПТИЛЬНОГО ПРЕПАРАТА "АМАФШГ

Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых

производств

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент ФАТЫХОВ Ю.А.

Калининград 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ............................4

1. ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ КОПТИЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ ........ 8

1.1. Исходная терминология работы ............. 8

1.2. Преимущества бездымного копчения ........... 8

1.3. Принципы получения водных коптильных препаратов .... 9

1.4. Способы получения отечественных коптильных препаратов 10

1.5. Способы применения коптильных препаратов ....... 14

1.6. Цель настоящей работы................15

2. РАЗРАБОТКА КОПТИЛЬНОГО ПРЕПАРАТА "АМАФШГ.........19

2.1. Способ получения коптильного экстракта ........ 19

2.2. Приборы и материалы ................. 22

2.3. Методы исследования......... . ..........23

2.4. Результаты экспериментально-поисковых" работ.....28

2.5. Базисная технология производства коптильного препарата "Амафил".......................45

2.6. Показатели коптильного препарата "Амафил" ...... 46

3. ПРОИЗВОДСТВО КОПТИЛЬНОГО ПРЕПАРАТА "АМАФИЛ" ... ..... 51

3.1. Требования к конструкции гидротермолизатора (ГТЛ) . . 51

3.2. Размеры ТЭНов ГТЛ в зависимости от номинальной мощности....................... 52

3.3. Интенсивность циркуляции воды в ГТЛ.........53

3.4. Соответствие базисной температуры нагрева максимальной производительности ГТЛ................56

3.5. Продолжительность нагрева и остывания ГТЛ

в зависимости от температуры нагрева ......... 58

3.6. Предлагаемые конструкции ГТЛ.............61

3.7. Методика расчета ГТЛ......................63

4. ПРИМЕНЕНИЕ КОПТИЛЬНОГО ПРЕПАРАТА "АМАФШГ.........69

4.1. Новый способ ароматизации масла ........... 69

4.2. Параметры базисного процесса ароматизации масла ... 73

4.3. Формулы конструктивного расчета аппарата-ароматизатора....................77

.4.4. Методика конструктивного расчета аппарата-ароматизатора....................82

4.5. О максимальном содержании поваренной соли в воде (препарате).....................84

4.6. Соленость продукта в таре в зависимости от объема заливаемой дозы водного насыщенного раствора поваренной соли...................85

4.7. Начальная скорость растворения поваренной соли ... 89

4.8. Концентрация раствора при пропускании воды (препарата) через насыпной объем поваренной соли ........ 91

4.9. Расход воды (препарата) в аппарате-рас тюрит еле

в зависимости от насыпного объема поваренной соли . . 95

4.10. Конструкция аппарата-растворителя поваренной соли

в препарате.....................95

4.11. Рекомендации по применению препарата в пищевой технологии......................97

ВЫВОДЫ...........................102

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..............104

ПРИЛОЖЕНИЕ I. Санитарно-гигиеническая оценка коптильного

препарата "Амафил" .............. 114

ПРИЛОЖЕНИЕ П. Анализы химсостава коптильного препарата "Амафил"

и ароматизированного масла .......... 142

ПРИЛОЖЕНИЕ Ш. Примеры расчета процессов и аппаратов .... 149

ВВЕДЕНИЕ

Идея получить коптильный препарат путем нагрева древееины в воде до температур свыше 373 К возникла у автора данной работы в 1983 году. Побудительной причиной тому послужил известный способ получения коптильного препарата путем пропускания водяного пара через древесные опилки /I, 2/. В обоих случаях носителем высокой температуры является вода. В первом случае вода используется в виде жидкости, во втором - в виде пара. Нагревать воду свыше 373 К возможно, если создать условия замкнутого объема с подводом тепла. В этих условиях рост температуры сопровождается ростом давления насыщенного пара над свободной поверхностью воды. Максимальная (критическая) температура нагрева воды равна 647 К (374 °С), выше которой жидкая фаза воды перестает существовать. Данной температуре

о

соответствует давление (критическое) 22,1 Ша (225 кгс/см ) /3/. Для проверки идеи был изготовлен аппарат (гидротермоли-затор), способный выдерживать давление до 24,5 Ша. Аппарат позволял нагревать воду до любой температуры из диапазона 373-1-647 К. В результате выполнения экспериментально-поисковых работ при разных температурах нагрева аппарата был получен новый коптильный препарат под названием "Амафил" /4, 5/. В 1989 году Министерство рыбного хозяйства СССР утвердило технические условия на препарат (ТУ 15-1048-89). С этой поры коптильный препарат "Амафил" можно считать официально признанным и разрешенным к применению для производства пищевой продукции со вкусом и запахом копчености.

Актуальность темы. Коптильный препарат "Амафил" имеет актуальное значение в масштабах промышленного производства и применения, если принять во внимание его достоинства:

качество продукции (пресервы рыбные, консервы рыбные в масле), одобренное на дегустациях местного уровня (НПО "Рыб-техцентр", Балтийский РКК, институт "АтлантНИРО", ПО "Кали-нинградрыбпром") и в Министерстве рыбного хозяйства СССР;

возможность выпуска пищевой продукции с применением препарата в широком ассортименте (пресервов, консервов, соленой и провесной рыбы, сала, колбас, мясокопченостей); отсутствие в препарате канцерогенных веществ; возможность производства препарата на предприятиях пищевой промышленности;

возможность использования при производстве препарата вместо древесины других видов растительного сырья (соломы злаковых растений, шелухи семечек подсолнуха);

экономичность способа производства препарата (не более

о

500 кВт»ч энергозатрат на I м препарата).

Целью работы является разработка базисной технологии производства коптильного препарата "Амафил", расчет и конструирование специальных аппаратов (гидротермолизаторов, аппаратов-ароматизаторов растительного масла, аппаратов-растворителей поваренной соли в препарате), выработка рекомендаций по применению препарата при производстве продуктов со вкусом и запахом копчености. В соответствии с поставленной целью в работе решались конкретные задачи. Подробный перечень задач изложен в п. 1.6.

Вопрос нанесения удовлетворительного цвета копчености на поверхность продукта с использованием препарата остается нерешенным и в данной работе не рассматривается.

Научная новизна работы заключается в следующем.

Впервые исследован процесс термолиза древесины в воде

(гидротермолиз) с целью получения коптильного препарата. Установлено, что вода в процессе гидротермолиза не является инертной средой, а продукты гидротермолиза неидентичны продуктам сухой перегонки древесины. Установлено, что суммарное содержание коптильных компонентов в препарате имеет предел, который по данным химанализа составляет 1,2 % от массы препарата. Теоретическими и экспериментальными методами установлены закономерности базисного процесса производства коптильного препарата, отличающегося максимальной производительностью при наименьших значениях температуры и давления.

Впервые исследован процесс ароматизации растительного масла при всплывании пузырьков масла в коптильном препарате. Экспериментальными методами установлены закономерности базисного процесса ароматизации масла, отличающегося максимальной производительностью при наименьшем соотношении объемов "препарат : масло".

Теоретическими методами установлены закономерности:

процесса законченного посола продукта в таре, выраженного в виде аналитической зависимости между начальной влажностью продукта, объемом тары, объемом наполняющего тару раствора поваренной соли в воде (препарате) и концентрацией соли в продукте;

процесса пропускания воды через слой поваренной соли, выраженного в виде аналитической зависимости между насыпным объемом соли, расходом воды (препарата) и концентрацией соли в растворе.

Практическая ценность. Результаты работы послужили основой для создания технологии и техники по производству и применению коптильного препарата "Амафил". Утверждены технические условия на коптильный препарат и техно-

логическая инструкция по его производству. Утверждены технические условия на пресервы рыбные с применением препарата "Амафил" и технологическая инструкция по их приготовлению. На применение препарата в пищевой промышленности получены соответствующие сертификаты. В настоящее время по материалам работы спроектированы и изготовлены первые гидротермолизаторы для пищевых предприятий Калининградской области. На предприятии ООО "Рыбком-сервис плюс" (г. Калининград) введен в промышленную эксплуатацию аппарат-гидротермолизатор производительного

стью ОД м препарата "Амафил" за рабочую смену. Предприятие выпускает три вида продукции с применением препарата: рыба соленая в ведрах, рыба провесная, пресервы рыбные. Все виды продукции пользуются повышенным спросом как на местном рынке, так и за рубежом.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и были одобрены на: научно-технической конференции "Пути экономии ресурсов при технологической обработке рыбы и рыбопродуктов" (Калининград, 1987), отраслевом совещании по вопросам создания и эксплуатации коптильного оборудования (Мурманск, 1990), 2-й областной научно-практической конференции "Проблемы активизации научно-технической деятельности в анклавном регионе России" (Калининград, 1996), международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию пребывания университета на Калининградской земле и 85-летию рыбохозяйственного образования в, России (Калининград, 1998).

I. ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ КОПТИЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ

1.1. Исходная терминология работы

В работе исходные термины приняты в следующей формулировке.

Копчение - это диффузионная обработка пищевого сырья (рыбы, мяса, сыров) продуктами термического разложения (термолиза) древесины.

Термолиз производится при недостатке кислорода, т.е. в условиях неполного сгорания древесины. В этих условиях под действием температуры древесина разлагается на сотни химических веществ /6/. Вещества разделяют на основные коптильные компоненты (фенолы, карбонильные соединения, кислоты) и балластные вещества (не влияющие на процесс копчения). По количеству фенолов, карбонильных соединений и кислот определяют общий групповой состав коптильного дыма и коптильных препаратов.

Коптильный дым - это дым, образующийся при неполном сгорании древесины.

«ч. .............................."

Коптильный препарат - это препарат, содержащий продукты термолиза древесины.

Дымовое копчение - это копчение в потоке коптильного дыма.

Бездымное копчение - это копчение с использованием коптильных препаратов.

1.2. Преимущества бездымного копчения

Продукция дымового копчения пользуется неизменным спросом у потребителя, благодаря своим специфическим вкусовым качествам. Однако, использование дыма в коптильном производстве

приводит к следующим неразрешимым проблемам /7/:

большой расход древесины (на каждую тонну рыбы холодного

о

копчения расходуется примерно I м° древесины);

загрязнение окружающей среды (99 % коптильного дыма загрязняет оборудование и атмосферу, I % осаждается на продукте);

трудоемкость санитарной обработки коптильного оборудования;

наличие в коптильном дыме токсичных веществ;

наличие в коптильном дыме канцерогенных веществ.

Эти проблемы в значительной мере решаются при переходе на бездымное копчение. Преимуществами бездымного копчения, соответственно, являются:

уменьшение расхода древесины на единицу массы копченой продукции;

уменьшение загрязнений окружающей среды;

улучшение санитарно-гигиенических условий труда;

уменьшение содержания в копченой продукции токсичных веществ;

уменьшение содержания в копченой продукции канцерогенных веществ.

=4.

1.3. Принципы получения водных коптильных препаратов

В настоящее время разработано множество препаратов /7/, отличающихся по цвету (светложелтые, темнокоричневые, черные) и по консистенции (водные растворы, масляные, смоляные, порошкообразные). Источником для получения коптильных препаратов служат продукты термолиза древесины. При этом используется, в основном, древесина лиственных пород (дуб, ольха, орешник, осина). Хвойные породы (ель, сосна) используются реже из-за высокого содержания смолистых веществ. Помимо древесины используются также целлюлоза и лигнин. Наибольшее распространение получили водные коптильные препараты. В основе процесса их получения лежит один из перечисленных ниже принципов:

принцип пропускания коптильного дыма через воду; принцип пропускания перегретого пара через древесные опилки с последующей конденсацией образовавшегося "коптильного пара";

принцип составления препарата из отдельных химических веществ.

1.4. Способы получения отечественных коптильных

препаратов

1.4.1. Препарат "ВНИИМП-!" производится из растворов отдельных химических веществ /7/. Технология производства следующая:

приготовление раствора $ I (вода, уксусная, муравьиная, пропионовая кислоты, фурфурол);

приготовление раствора Л 2 (вода, уксусная кислота, валериановый ангидрид, диоксиацетон, диацетил, гваякол, 0--крезол);

перекачка раствора $ I в реактор; перемешивание в реакторе;

введение в реактор новых веществ (валериановая, масляная, капроновая, нептановая кислоты); перемешивание в реакторе; перекачка раствора Л 2 в реактор; перемешивание в реакторе; выстой реактора в течение 16 ч; перекачка в емкость готовой продукции. Перед употреблением препарат разводят водой в соотношении 1:50. Разведенный коптильный препарат "ВНЙЙМП-1" по внешним признакам - прозрачная жидкость коричневого цвета со специфическим для данного препарата запахом, напоминающим запах уксуса, кисловатого вкуса с привкусом фенолов.

Достоинство препарата: транспортабельность в зимних ус-

ловиях. Недостатки: отсутствие запаха копчености (препарат пахнет уксусом), невозможность наведения колера (цвета) на поверхность продукта.

Препарат применяется в качестве добавок при производстве формованных изделий из мясного фарша.

1.4.2. Препарат "ВНИИШГ производится по следующей технологии /7/:

генерация коптильного дыма из древесины лиственных пород; очистка горячего дыма при температуре 473*543 К от твердых частиц в циклоне;

охлаждение дыма до температуры 323 К водой через поверхность теплообмена;

пропускание охлажденного дыма через скруббер е..сетчатыми тарелками противотоком воде;

вылив дымосодержащей воды из скруббера в антикоррозионную емкость;

нейтрализация дымо содержащей воды щелочью; $

перегонка дымо содержащей воды в дисцилляционном устройстве,, отбор двух фракций (I фракция - с летучими компонентами, 2 фракция - с тяжелыми компонентами дыма);

адсорбция I фракции на активированном угле; удаление истощенной I фракции;

десорбция активированного угля острым перегретым паром; конденсация пара с компонентами I фракции; смешивание конденсата со 2 фракцией. В результате получается нейтрализованный, свободный от балластных веществ и вредных примесей препарат. По внешним признакам коптильный препарат "ЕНИИМП" - прозрачная жидкость

желтого цвета.со специфическим для даннаго препарата запахом, напоминающим запах дыма, с горьковатым вкусом, напоминающим

вкус копчения. Препарат обеспечивает продукт вкусом и запахом

копчености. Его недостатки: невозможность окрашивания поверхности продукта цветом копчености, сложная технология производства, нетранспортабельность в зимних условиях.

Препарат применяют в качестве добавок при производстве формованных изделий из мясного фарша.

1.4.3. Препарат "Вахтоль" является наиболее известным из всех коптильных отечественных препаратов. Его получают из отходов хвойной древесины после извлечения "пневого осмола", скипидара и канифоли. Производство данного препарата было освоено промышленностью (завод "Вахтан", г. Нижний Новгород). Технология производства препарата следующая /7/:

сжигание отходов хвойной древесины в дымогенераторе;

пропускание дыма через воду, получение дымосодержащей ("кислой") воды;

очистка "кислой" воды отстаиванием;

фильтрация "кислой" воды через древесно-стружечный фильтр;

перегонка "кислой" воды в ректификационной колонне, удаление летучей фракции;

конденсация тяжелой фракции ("соковый пар") в холодильнике, вылив готового препарата в сборную емкость.

По внешним признакам коптильный препарат "Вахтоль" - прозрачная жидкость с цветом от желтого до светлокоричневого, с запахом, характерным для легких фракций дыма. Характеристика вкуса препарата в литературе не приводится. Препарат обеспечивает продукт цветом, запахом и вкусом копчености. Недостатки препарата: сложная технология получения, нетранспортабельность в зимних условиях.

Препарат применяют при производстве рыбы горячего и холодного копчения.

1.4.4. Препарат "МИНХ" является побочным продуктом при производстве препарата "Вах