автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии кальмара горячего копчения на основе применения коптильного препарата

На правах рукописи

ТИМЧУК ЕГОР ГЕННАДЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КАЛЬМАРА ГОРЯЧЕГО КОПЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОПТИЛЬНОГО ПРЕПАРАТА

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 дек гт

005542730

Владивосток 2013

005542730

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ким Эдуард Николаевич

Официальные оппоненты: Ярочкин Альберт Павлович,

доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией проблем рационального использования гидробио-нтов ФГУП «ТИНРО-Центр»

Тимчишина Галина Николаевна, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник ФГУП «ТИНРО-Центр»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Калининградский го-

сударственный технический университет», (г. Калининград)

Защита диссертации состоится «27» декабря 2013 г. в 930 часов на заседании диссертационного совета Д 307.006.01 при ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет» по адресу: 690600, г. Владивосток, ГСП, ул. Луговая, 52Б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет» по адресу: 690600, г. Владивосток, ГСП, ул. Луговая, 52Б и на сайте www. dal-rybvtuz.ru.

Отзывы на автореферат диссертации с заверенными подписями просим направлять по адресу: 690600, г. Владивосток, ГСП, ул. Луговая, 52Б, факс (423) 2440309.

Автореферат разослан «1(, » uojSj^ 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент " Е.В.Осипов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обеспечение населения качественной и безопасной рыбной и иной продукцией из водных биоресурсов является стратегической задачей рыбной отрасли России, что нашло свое подтверждение в Указе Президента Российской Федерации № 120 от 30.01.2010 г. «Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации».

Одним из перспективных решений указанной задачи является производство копченого кальмара, мышечная ткань которого отличается высоким содержанием высококачественного белка, широким спектром незаменимых аминокислот, макро- и микроэлементов, витаминов и других биологически активных веществ. Копченая продукция из кальмара в последние годы пользуется высоким спросом у населения нашей страны и за рубежом (Российский и мировой рынок рыбы и рыбной продукции, 2012).

Однако производство продукции горячего копчения имеет ряд проблем. Это потенциальная опасность загрязнения продукта канцерогенными компонентами коптильного дыма и неудовлетворительная экологическая составляющая производства (Ким и др., 2005; Ким, 2009). Кроме того, при традиционном горячем копчении наблюдаются достаточно большие потери полезных компонентов сырья за счет снижения влагоудерживающей способности мышечной ткани кальмара вследствие высокой температурной обработки 140-160 °С (Ким, 2009; Кизеветтер, 1979; Щеникова, 1993; Михлай, 2011).

Проблему создания теоретических и практических основ копчения на основе применения коптильных препаратов решали Воскресенский H.A., Гончаров A.M., Горбатов В.М., Горохов Ю.И., Гроховский В.А., Ершов A.M., Загородное В.П., Камалова Т.А., Ким И.Н., Ким Э.Н., Курко В.И., Лапшин И.И., Макарова H.A., Мезенова O.A., Рогов И.А., Родина Т.Г., Шокина Ю.В., Allen V., Baltes W., Hollenbec С., Lustre A., Toth L., Ruiter A. и др.

Большинство работ направлено на изучение процессов копчения рыбных объектов и не учитывают особенности химического состава и строения кальмара, а также его предварительной тепловой обработки, влияющей на изменение

структурно-механических свойств мышечной ткани и сохранение питательных веществ. Становится очевидным, что исследования процесса обработки кальмара коптильными препаратами позволит создать предпосылки совершенствования технологии получения качественной и безопасной копченой продукции, что определяет актуальность диссертационной работы.

В этой связи целью данной работы является совершенствование технологии кальмара горячего копчения на основе применения коптильного препарата и рациональных режимов тепловой обработки, обеспечивающей качество, безопасность и увеличение выхода готового продукта.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследований:

- обосновать выбор коптильного препарата для обработки кальмара;

- разработать способ образования рабочей коптильной среды;

- обосновать температурные режимы обработки кальмара;

- исследовать процесс формирования специфических свойств копченого кальмара;

- разработать технологическую схему и установить рациональные технологические режимы копчения кальмара;

- исследовать качество и безопасность копченого кальмара в хранении;

- разработать нормативную документацию и провести апробацию технологии.

Научная новизна заключается в обосновании технологии, включающей цикличную двухстадийную обработку кальмара мелкодисперсной рабочей коптильной средой с температурой 95-102 °С, получаемой путем диспергирования коптильного препарата в регулируемых условиях, и холодным воздухом с температурой 5-10 °С.

Установлена зависимость среднего диаметра частиц дисперсной фазы коптильной среды от давления в емкости с коптильным препаратом и площади выходного отверстия гидравлической форсунки. Установлена зависимость осаж-

дения основных коптильных компонентов рабочей коптильной среды от скорости потока и среднего диаметра частиц дисперсной фазы коптильной среды.

Впервые установлены закономерности формирования органолептических характеристик кальмара горячего копчения при его обработке мелкодисперсной коптильной средой, получаемой на основе коптильного препарата «Жидкий дым «Березовый туман». Показана возможность контроля качества копченого кальмара по цветовым характеристикам его поверхности.

Практическая значимость и реализация результатов исследования заключается в разработке и утверждении СТО «Кальмар горячего копчения» 00471515-032-2012.

Практическая значимость результатов исследования подтверждается внедрением разработанной технологии на производственных участках ООО «Фиш Трэйд Ко. Лтд» и ООО «Сапсан ДВ» и выпуском опытных партий копченой продукции в объеме 700 и 800 кг соответственно.

Расчет годового экономического эффекта от внедрения разработанной технологии в условиях ООО «Фиш Трэйд Ко. Лтд» составляет 5331,9 тыс. руб. при выпуске 21,12 т готовой продукции и в условиях ООО «Сапсан ДВ» составляет 6603,6 тыс. руб. при выпуске 26,4 т готовой продукции.

Результаты исследований использованы при написании учебно-методических материалов по предмету «НИР в семестре» для студентов специальностей 260302 «Технология рыбы и рыбных продуктов», 200503 «Стандартизация и сертификация».

Диссертационная работа выполнялась в рамках инновационного проекта «Разработка технологии экологически безопасного копчения кальмара с применением коптильных препаратов» по программе «СТАРТ» (Государственный контракт №7889р/11531 от 15.04.2010) и по заявкам предприятий (ХДТ № 451/2010-2011, 489/2011, № 433/2012).

Материалы диссертации апробированы на конференциях в г. Москва (2009, 2012), г. Владивосток (2010, 2011, 2012), г. Прага (2012), г. Челябинск (2012) и г. София (2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе в 1 научном издании, рекомендуемом ВАК Министерства образования и науки РФ, опубликовано 2 патента.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 149 страницах основного текста и содержит 22 таблицы, 24 рисунка, 21 формулу и 17 приложений, список литературы включает 244 наименования, из них 48 на иностранном языке.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Варьирование дисперсности рабочей коптильной среды, получаемой путем диспергирования коптильного препарата, позволяет регулировать процесс формирования органолептических характеристик кальмара горячего копчения.

2. Цикличная двухстадийная обработка кальмара горячей мелкодисперсной рабочей коптильной средой и холодным воздухом предотвращает глубокие денату-рационные изменения белков мышечной ткани, что обеспечивает качество и увеличение выхода готового продукта.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы задачи исследований.

В первой главе «Современные аспекты производства копченой продукции из гидробионтов» проведен анализ способов и технологий копчения рыбных продуктов, рассмотрена технохимическая характеристика кальмаров, проведен анализ современных коптильных препаратов.

Во второй главе «Объекты и методы исследования» приведены объект и предмет исследований, представлена программно-целевая модель исследований, органолептические, физико-химические, химические, микробиологические и математические методы исследований.

6

Объектом исследований являлась технология горячего копчения кальмара.

Предметом исследований являлись способ применения коптильного препарата, функционально-технологические свойства рабочей коптильной среды, технологические параметры копчения кальмара, показатели качества и безопасности копченого продукта.

Для экспериментальных работ и при выпуске опытных партий продукции в качестве сырья использовали тихоокеанский кальмар (Тойогойез рах{/1сш), соответствующий требованиям ГОСТ Р 51495-99 «Кальмар мороженый. Технические условия».

Программно-целевая модель исследований, представленная на рис. 1, включает ряд последовательных и параллельных блоков аналитических и экспериментальных работ.

Для обоснования выбора коптильного препарата использовали комплексный показатель качества коптильных препаратов, в качестве составляющих которого использовали индекс ароматичности коптильных препаратов, стоимость коптильных препаратов и суммарную органолептическую оценку образцов кальмара горячего копчения, приготовленных с использованием различных коптильных препаратов.

Комплексный показатель качества рассчитывается по формуле (Адлер и

где X/ - приведенная оценка единичных показателей качества объекта; номер единичного показателя качества объекта; п — количество единичных показателей качества объекта.

Для приведения частных показателей качества к безразмерным величинам использовали обобщенную функцию желательности Харрингтона (Адлер и др., 1976).

др., 1976):

КПК

(1)

Органолептическую оценку копченой продукции, полуфабрикатов, коптильных препаратов осуществляли методом экспертной оценки (Загородное 1986; Курко, 1977; Сафронова, 1998). Для оценки образцов копченого кальмара и полуфабриката использовали специально разработанные 5-балльные шкалы.

Рис. 1. Программно-целевая модель исследований

Суммарную органолептическую оценку образцов рассчитывали по формуле:

Ус = ЕМ, (2)

где у, - оценка частного показателя, баллы; к, - коэффициент значимости частного показателя.

Индекс ароматичности коптильных препаратов определяли как сумму индексов ароматичности фенольных компонентов коптильного препарата, который рассчитывается по формуле (Загороднов, 1986):

ПР' ^

где С - концентрация фенольного компонента коптильного препарата, %; ПР - пороговая концентрация фенольного компонента коптильного препарата (Ким, 1998), %.

В качестве составляющих модели комплексного показателя качества копченого кальмара выбрали органолептические показатели качества, ОБЦ и выход готовой продукции. Комплексный показатель качества копченого кальмара рассчитывали по формуле (1).

Дисперсный состав рабочей коптильной среды определяли методом инерционного осаждения (Курко, 1977), влагоудерживающую способность (ВУС) определяли по стандартной методике ГОСТ 7636-85, инструментальную оценку цвета экспериментальных образцов проводили на приборе Н29-И85 (Горохов, 1989), по коэффициентам отражения рассчитывали координаты цветности ХУТ, доминирующую длину волны, чистоту цвета (Джад, Выщецки, 1978).

Определение воды, белка, жира, поваренной соли осуществляли по ГОСТ 7636-85, содержание кислот, фенольных веществ и карбонильных соединений в копченом продукте — общепринятыми методами в исследованиях копченых продуктов (Курко, 1977), качественную характеристику фенольной фракции коптильного препарата — методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ) на хроматографе СС-16 фирмы 8Ытас1ги (Курко, 1977), содержание общего азота в тканях кальмара - по ГОСТ 23327 на приборе РОББ К]екес 2300 (Швеция), степень денатурации белка — по содержанию солерастворимых белков в экстрактах (Леванидов, Мельникова, 1973), содержание витаминов в полуфабрикате и готовой продукции - по ГОСТ Р 50928-96, ГОСТ 25999-83, ГОСТ 24556-89, ГОСТ Р 52741-2007 и ГОСТ Р 50479-93.

Микробиологическую оценку экспериментальных образцов проводили по ГОСТ 10444.15, ГОСТ Р 50474, ГОСТ Р50480, ГОСТ 10444.12, ГОСТ 10444.2, ГОСТ 29185, ГОСТ 28566, ГОСТ 26560, СанПиН 2.3.2.560-01, относительную биологическую ценность (ОБЦ) определяли на Tetrahymena pyriformis (Игнатьев и др., 1980).

Оценку достоверности экспериментальных данных на 95%-м уровне значимости и воспроизводимости опытов осуществляли по критерию Кохрена (Адлер, 1976), значимость коэффициентов регрессионных уравнений и коэффициентов корреляции - по критерию Стьюдента (Грачев, 2009), адекватность полученных математических выражений реальным процессам - по критерию Фишера (Грачев, 2009), математическую обработку экспериментальных данных осуществляли на IBM PC с применением стандартных программ для Windows ХР, графическую обработку экспериментальных данных осуществляли с помощью пакета программ Microsoft Excel и Table Curve 3D v. 2.06.

В третьей главе «Обоснование и разработка технологии горячего копчения кальмара» проведена оценка технико-экономических характеристик разрешенных для использования в Российской Федерации зарубежных и отечественных коптильных препаратов «Smoke EZ PN 9», «Smoke EZ Supreme Poly С», «Scansmoke PB 2110», «Scansmoke PB 1145», «ВНИРО», «Жидкий дым», «Жидкий дым «Березовый туман» (табл. 1). Использование указанных коптильных препаратов гарантирует безопасность копченых изделий по содержанию 3,4-бензапирена.

Анализ значений КПК коптильных препаратов позволил выбрать для горячего копчения кальмара коптильный препарат «Жидкий дым «Березовый туман». Однако учитывая небольшой разброс (менее 15 %) оценок функционально-технологических свойств коптильных препаратов, можно предположить возможность использования для технологии копчения кальмара и других исследованных коптильных препаратов.

Таблица 1 - Технико-экономические характеристики коптильных препаратов

Марка коптильных препаратов Индекс ароматичности (ИА) Стоимость, руб./кг Суммарная орга-нолептическая оценка, баллы КПК коптильного препарата

«Smoke EZ PN 9» 1842 240 17,37 0,10

«Smoke EZ Supreme Poly С» 3964 230 18,40 0,26

«Scansmoke PB 2110» 2167 215 18,61 0,20

«Scansmoke PB 1145» 5035 210 18,01 0,31

«ВНИРО» 5961 170 16,90 0,81

«Жидкий дым» 1823 80 16,08 0,44

«Жидкий дым «Березовый туман» 2747 60 18,98 0,85

Аналитические и экспериментальные исследования позволили предложить для копчения кальмара способ получения рабочей коптильной среды, заключающийся в нагревании коптильного препарата в герметичной емкости до температуры 90-110 °С и последующем распылении его через гидравлическую форсунку, что позволяет регулировать средний размер частиц дисперсной фазы в пределах 10-280 мкм.

Для обеспечения стабильности дисперсного состава рабочей коптильной среды при рециркуляции в коптильной установке целесообразно поддерживать температуру в диапазоне 95-102 °С. При более низкой температуре происходит конденсация паров, укрупнение дисперсных частиц, ускорение их осаждения под действием гравитационных и инерционных сил на поверхности коптильной камеры и в результате это приводит к дополнительным потерям коптильных компонентов. Более высокая температура способствует переходу жидкой части дисперсной фазы рабочей коптильной среды в парообразное состояние (Про-скура, 1974; Хван и др., 1972, 1974).

Для реализации заявленного способа была сконструирована и изготовлена экспериментальная установка, обеспечивающая двухстадийную обработку кальмара рабочей коптильной средой, получаемой путем распыления коптильного препарата гидравлической форсункой (рис. 2).

Экспериментальная коптильная установка обеспечивает регулирование температуры рабочей коптильной среды до 150 °С при скорости подъема тем- пературы с 10 до 100 °С за 1-2 мин i - " в зависимости от загрузки. Для по-

Л лучения рабочей коптильной среды - " __ .tr п установка снабжена нагреваемой

герметичной емкостью. Рабочую

» I

м -«i! * коптильную среду в установке по-

: ; лучают распылением коптильного

!..... ■ ,' " *-

• r-i-.:««- препарата через гидравлические

— J форсунки с площадью выходного

. .! « отверстия ЗхЮ"6, 5х10_б и 7хЮ"6м2.

1Г

Это позволяет регулировать скорость диспергирования коптильного препарата и, соответственно, средний размер частиц дисперсной фазы рабочей коптильной среды путем

Рис. 2. Схема экспериментальной подбора площади выходного отвер-

коптильной установки: 1 — камера; 2 — кальмар;

3 - трубопровод; 4, 5 - нагревательный элемент, стия форсунки и давления в герме-6 - вентилятор; 7 - патрубок; 8 - герметичная ^^ с К0ПТИЛЬНЫм пре-

ёмкость; 9 - устройство регулирования температуры; 10 - гидравлическая форсунка; паратом. Для охлаждения воздуха в 11 - кондиционер

камере установка снабжена кондиционером БК-1000. Температура в камере контролируется мультиметром ЕС 1000 с помощью датчика температуры №сгш-2М. Регулирование температурно-влажностными процессами обеспечивается при помощи программного устройства ОВЕН МПР51-Щ4.

Экспериментально установлено, что регулирование давления в герметичной емкости от 100 до 600 кПа и площади выходного отверстия гидравлической форсунки от 3 до 7 м2х10"6 позволяет уменьшить средний размер дисперсной фазы от 280 до 10 мкм.

Математическая обработка результатов исследования позволила с достоверностью аппроксимации 0,95 выявить зависимость среднего размера частиц дисперсной фазы рабочей коптильной среды от параметров процесса ее получения:

Уч = 183,63 + 15,67дг, -0,57Х2+ 1,46лг12 + 0,0005Х22-0,04Х1Х2, (4) где х1 - площадь выходного отверстия гидравлической форсунки, м2хЮ~б; х2 -давление в герметизированной ёмкости, кПа.

Исследовано влияние дисперсности рабочей коптильной среды на осаждение и накопление в копченом кальмаре основных коптильных компонентов -фенолов (Уф), кислот (Укс) и карбонильных соединений (Укр). Результаты исследований представлены с достоверностью аппроксимации 0,95 в виде системы уравнений:

Уф = 0,098 + 0,009*3 - 0,0001 Уч - 0,06 х 10° х32 --0,74* 10"бГч2 - 0,667 х 10"5 Кдз Укс = 0,331 + 0,037х3 + 0,0002Уч - 0,0006х32 -

- 0,437 х 10"5ГЧ2 + 0,00003 (6)

Укр = -0,135 + 0,051хз - 0,0002 П - 0,002х32 +

(7)

+ 0,52 х Ш6УЧ2 + 0,000052Учх3, где К, - средний размер частиц дисперсной фазы рабочей коптильной среды, нм; х3 - скорость потока рабочей коптильной среды, м/с.

Полученные математические зависимости позволяют рассчитывать параметры процесса копчения, обеспечивающие различное количество и соотношение основных коптильных компонентов коптильного препарата в продукте. Тем самым предварительный расчет параметров процесса копчения позволяет регулировать как единичные показатели качества копченого продукта (вкус, запах и цвет), так и его общее восприятие.

С целью объективной оценки участия коптильных компонентов в образовании специфических свойств копчения были рассчитаны коэффициенты парной корреляции между концентрацией отдельных групп коптильных компонентов и органолептическими оценками экспериментальных образцов кальмара, обработанных коптильным препаратом «Жидкий дым «Березовый туман» (табл. 2).

Таблица 2 - Коэффициенты парной корреляции между концентрацией коптильных компонентов и органолептической оценкой образцов кальмара

Фактор Коэффициент корреляции критерий Стьюдента

Вкус копчения Аромат копчения Цвет поверхности

Фенолы 0,891 4,94 0.924 6,12 0,505 1,59

Кислоты 0,745 4,13 0,783 5,19 0,164 0,52

Карбонильные соединения 0.569 3,15 0.207 1,37 0.821 2,60

Некоторое отличие в числовых значениях коэффициентов корреляции от литературных (Горбатов и др., 1981; Крылова и др., 1979; Курко, 1984, Ким, Лаптева, 1999) обусловлено различным составом фенольных фракций использованных коптильных препаратов, а также особенностями химического состава обрабатываемого продукта.

Исследование изменения частных показателей качества - вкуса, запаха и цвета - кальмара в процессе обработки его рабочей коптильной средой показало тесную взаимосвязь между ними (коэффициенты парной корреляции составляют 0,98-0,99). Это позволяет, измеряя один из орга-нолептических показателей, контролировать другие показатели и готовность продукта в целом.

Наиболее приемлемым для инструментальной оценки явля-

__ется измерение цвета поверхно-

0.0 0.2........................0.4 0,6 0,8

х

Рис. 3. Области цветовых показателей поверхности кальмара горячего копчения на графике цветности, соответствующие органолептической оценке в баллах: О - 5 баллов; «Э - 4 балла; • - 3 балла; • - 2 балла; 1 балл

0,8

0,6

у 0,4

! ^

1 а х

-Ф

\620 (

0,0

ч

сти копченого продукта. Проведенные исследования позволили выявить в координатах цветности ху переход от координат цвета

ХУ2 к доминирующе!! длине волны и чистоте цвета, соответствующие образцам кальмара с различной органолептической оценкой цвета (рис. 3).

Полученные данные позволили определить области значений, соответствующие определенной морфологической и балльной оценке (табл. 3). С учетом ранее выявленной корреляции между цветом, вкусом и запахом копчения, используя полученные данные, можно по доминирующей длине волны и чистоте цвета контролировать качество копченого кальмара.

Таблица 3 — Корреляция области цветовых показателей поверхности кальмара горячего копчения, соответствующих его органолептической оценке

Балльная оценка Словесная характеристика качества Доминирующая длина волны, нм Чистота цвета, %

5 Светло-коричневый, коричневый 573-578 50-62

4 Желтовато-коричневый, 570-576 41-53

насыщенный коричневый 575-580 59-71

3 Желтый, 566-575 36-48

темно-коричневый 576-582 66-78

2 Бледно-желты й, 563-572 32-44

коричнево-черный 578-583 72-84

1 Черный, с оттенком желтого 579-583 78-90

белый, с оттенком желтого 556-570 22-34

Исследование процесса обесшкуривания кальмара позволило установить зависимость степени денатурации белка мышечных тканей и обесшкуривания от продолжительности механического перемешивания в воде при температуре 65 °С (рис. 4). Графический анализ установленных закономерностей изменения позволил определить

А

1 « V 1 ►

' < У V

о 2 4 6 8 10 12

Продолжительность механического перемешивания, мин.

Рис. 4. Зависимость степега) денатурации белка (1) и степени обесшкуривания (2) от продолжительности механического перемешивания кальмара в воде при температуре 65 °С

рациональную продолжительность процесса механического перемешивания кальмара при обесшкуривании 10-12 мин, обеспечивающую гарантированно полное удаление кожи кальмара и степень денатурации белков мышечной ткани не выше 13-14 %.

Обработка кальмара рабочей коптильной средой с температурой 90-110 °С вызывает, с одной стороны, кулинарную готовность, а с другой - денатураци-онные изменения белков мышечной ткани, что приводит к снижению ВУС и, соответственно, выхода готовой продукции.

На рис. 5 представлены результаты исследования влияния продолжительности тепловой обработки и температуры рабочей коптильной среды на температуру в толще мышечной ткани кальмара.

Статистическая обработка экспериментальных данных позволила построить на уровне достоверности 0,95 математическую модель процесса:

^,, = -156,78 + 2,734+ 1,25гг-0,008/,2-0,08гг2 +0,09/л, (8)

где г, - продолжительность тепловой обработки кальмара рабочей коптильной

средой, мин; 1г - температура рабочей коптильной среды, °С; Г,к - температура в

о,-,

толще мышечной ткани кальмара, С.

Полученная математическая модель позволяет рассчитывать продолжительность процесса тепловой обработки кальмара при определенной температуре рабочей коптильной среды в диапазоне 90-110 °С для достижения необходимой температуры в толще мышечной ткани кальмара.

Анализ литературных данных показывает, что рациональным диапазоном температуры для коптильной среды является 95-102 °С. Указанный диапазон

0 1 2 3 4 5 6

Продолжительность температурной обработки, мин.

Рис. 5. Влияние продолжительности тепловой обработки и температуры рабочей коптильной среды на температуру в толще мышечной ткани кальмара: 1 — температура обработки 90 °С;

2 - температура обработки 100 °С;

3 - температура обработки 110 °С

температур позволяет поддерживать стабильность дисперсного состава коптильной среды (Курко, 1960; Хван, 1976; Хван и др., 1974).

Экспериментально установлено, что зависимость ВУС мышечной ткани кальмара от температуры прогрева носит нелинейный характер (рис. 6). Показанная зависимость ВУС от температуры прогрева мышечной ткани кальмара может быть объяснена характером денатурации белков (Кизеветтер, 1973; Саф-ронова и др., 2002; Сметанина, Подсосенко, 2004).

При прогревании мышечной ткани кальмара от 30 до 70 °С (рис. 6) полуфабрикат приобретает вкус и запах продукта, доведенного до кулинарной готовности. Мышечная ткань приобретает упруго-эластично-пластичные свойства, нежную консистенцию и сохраняет сочность. Решающее воздействие на размягчение мышечной ткани при термической обработке оказывает изменение коллагена. Денатура-ционные изменения белков мышечной ткани кальмара, вызванные более высокой температурой в ее толще, приводят к потере влаги, а также питательных веществ. Мышечная ткань становится уплотненной, более жесткой, теряет упруго-эластично-пластичные свойства, нежную консистенцию и сочность (Кизеветтер, 1973; Сметанина, Подсосенко, 2004).

Таким образом, исходя из органолептической оценки целесообразно вести процесс обработки кальмара рабочей коптильной средой с температурой 95-102 °С до достижения в толще мышечной ткани 70 °С. В этом случае денатурация белков мышечной ткани кальмара не превышает 45 %, а органолепти-ческая оценка максимальна и составляет 17,5 баллов.

У ►

о < 1 ►—_ " <

><1 1

< \

\ -< \

\ > V

<8

17

'««

15 г »1 I

п I

»Г

= : 12 в ; в :

ее 1

и | г

10 г

о

30 40 50 60 70 80 90 Температура в толще мышечной ткани каль мара, ПС

Рис. 6. Динамика изменения ВУС мышечной ткани кальмара и органолептической оценки продукта в зависимости от температуры

в толще мышечной ткани: 1 - ВУС мышечной ткани кальмара, %; 2 — суммарная органолептическая оценка, баллы

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Продолжительность температурной обработки, мин.

Рис. 7. Зависимость температу ры в толще мышечной ткани кальмара от продолжительности и температуры охлаждающего воздуха:

1 - температура воздуха 10 °С;

2 - температура воздуха 7,5 °С; 3 - температура воздуха 5 °С

Для предотвращения высоких температур в толще мышечной ткани и глубоких денатурационных изменений предложено после обработки при температуре 95-102 °С охлаждать полуфабрикат воздухом с температурой 5-10 °С.

Зависимость температуры в толще мышечной ткани кальмара от продолжительности и температуры охлаждающего воздуха представлена на рис. 7.

Статистическая обработка экспериментальных данных позволила построить на уровне достоверности 0,95 математическую модель процесса:

= 32,89 + 7,35/, - 8,48г, - 0,37/,2 + 0,14г/ + 0,375/л, (9)

где хх - продолжительность обработки кальмара холодным воздухом, мин; /, -температура холодного воздуха, °С; — температура в толще мышечной ткани кальмара, °С.

Анализ уравнений (8) и (9) позволяет рассчитать продолжительность обработки рабочей коптильной средой с максимально допустимой температурой 102 °С до 3 мин, а при минимальной температуре 95 °С - 5 мин. Охлаждение воздухом с температурой 5 °С необходимо проводить не менее 5 мин, а при температуре 10 °С - 10 мин.

Органолептические характеристики копченого кальмара зависят от дозировки коптильного препарата (рис. 8). Анализ графической зависимости указывает, что наиболее высокая органолептическая оценка копченого кальмара соответствует дозировке 3 %, а рациональная дозировка, обеспечивающая оценку органолептических характеристик на уровне не ниже 18 баллов -от 2,5 до 3,5 %.

Для определения необходимого количества циклов двух-стадийной обработки кальмара установлено влияние температуры рабочей коптильной среды, дозировки коптильного препарата и количества циклов на суммарную органолептиче-скую оценку кальмара горячего копчения. При этом температура обработки полуфабриката коптильным препаратом, дозировка коптильного препарата в выбранных диапазонах практически не оказывают влияния на органолептическую оценку образцов копченого кальмара. Однако на органолептическую оценку заметно влияет количество циклов обработки.

Математическая обработка экспериментальных данных позволила представить установленную зависимость на уровне достоверности 0,95 в виде уравнения второго порядка:

У„й. = 3,1 + 6,425*4 - 0,625х42, (10)

гдеХ( - количество циклов обработки кальмара коптильным препаратом.

Анализ уравнения (10) позволил рассчитать количество циклов обработки кальмара коптильным препаратом 4-5, обеспечивающее суммарную органолептическую оценку копченых образцов не ниже 18 баллов.

Полученные результаты экспериментов позволили сформулировать способ копчения кальмара, включающий нагревание коптильного препарата до температуры 90-110 °С, диспергирование его через гидравлическую форсунку в поток горячего воздуха с температурой 95-102 °С. Способ предусматривает циклическую двухстадийную обработку полуфабриката рабочей коптильной средой в течение 3-5 мин и последующее охлаждение воздухом с температурой

Рис. 8. Зависимость суммарной органолептической оценки копченого кальмара от дозировки коптильного препарата «Жидкий дым «Березовый туман»

5-10 °С в течение 5-10 мин. Количество циклов 4-5, дозировка коптильного препарата около 2,5-3,5 % от массы обрабатываемого полуфабриката.

Новизна предложенного технического решения подтверждено положительным решением от 08.08.2013 г. по заявке на изобретение № 2012124633 от 14.06.2012 г.

Сравнительный анализ показал преимущества копченого кальмара, изготовленного по разработанному способу по сравнению с образцами, изготовленными с применением традиционного коптильного дыма (ТИ № 13-2004, ТУ 9265-035-33620410-04 «Морепродукты горячего копчения»), что, прежде всего, обусловлено более щадящими температурными режимами обработки (табл. 4).

Таблица 4 - Сравнительный анализ показателей качества копченого кальмара

Наименование показателя качества Величина показателя качества кальмара

изготовленного разработанным способом изготовленного известным способом

Степень денатурации белков, % 64 89

Содержание витаминов, мг/100 г: - -

С 1,5 0,9

РР 2,5 2,2

В6 0,2 0,1

В3 0,5 0,3

В, 0,18 следы

ОБЦ, % 97 89

Выход готовой продукции, % 51 44

Суммарная органолептическая оценка, баллы 19,7 18,1

С целью обоснования комплексного использования сырья в работе были проведены параллельные исследования, где в качестве сырья использовались щупальца кальмара. Полученные результаты были подобны описанным выше, что позволяет рекомендовать использование в качестве сырья как тушки, так и щупальца кальмара.

Экспериментально установлено влияние температуры рабочей коптильной среды (^5, °С) и температуры холодного воздуха (х6, °С) на качество копченого кальмара, изготовленного по разработанной технологии (рис. 9).

Обработка представленных результатов эксперимента позволила выявить на уровне достоверности 0,95 математическую зависимость комплексного показателя качества {КПК копченого кальмара) от параметров процесса копчения:

КПКШ = -32.793 + 0,682х5 + 0,0191х6 - О.ООЗх? - 0,0002х62 - 0,0006х5хв. (11)

Анализ полученного уравнения позволил выявить рациональные параметры горячего копчения с использованием коптильного препарата «Жидкий дым «Березовый туман»: температура коптильной среды - 97,5-102 °С; температура холодного воздуха - 5-7 °С, обеспечивающие КПК копченого кальмара в пределах 0,964-0,993.

На основании проведенных исследований разработана технологическая схема производства копченой продукции «Кальмар горячего копчения» (рис. 10).

Оценка образцов копченого кальмара, изготовленного при рациональных параметрах, в процессе 5 сут хранения без вакуума при температуре менее 6 °С показала, что суммарная органолептическая оценка образцов, не снижалась ниже 18 баллов. Образцы, хранимые в вакуумной упаковке, имели суммарную органолептическую оценку не ниже 18 баллов за 10 сут хранения. В результате микробиологических исследований установлено, что КМАФАнМ в копченых продуктах не превышало нормативного (0,001 КОЕ/г) в течение 5 сут, а при

21

Рис. 9. Влияние температуры коптильной среды и температуры холодного воздуха на комплексный показатель качества копченого кальмара

хранении в вакуумной упаковке - 10 сут хранения. Срок хранения составляет для копченого кальмара без применения вакуума 5 сут, под вакуумом 10 сут при температуре от минус 2 до 4 °С.

с применением коптильных препаратов

По результатам выполненных исследований разработан, согласован и утвержден стандарт ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз» СТО 00471515-032-2012 «Кальмар горячего копчения». Разработанная технология кальмара горячего

копчения апробирована в условиях производства ООО «Фиш Трэйд Ко. Лтд» и ООО «Сапсан ДВ».

Оценка показателей безопасности копченой продукции, изготовленной по известной и разработанной технологии, показала их соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 (табл.5).

Таблица 5 — Показатели безопасности кальмара горячего копчения, изготовленного по известной и разработанной технологиям

Технология копченого кальмара Величина показателя безопасности кальмара

КМАФАнМ, КОЕ/г Бенз(а)пирен, мг/кг

Нормативное значение Фактическое значение Нормативное значение Фактическое значение

Кальмар, изготовленный по известной технологии не более 1хЮ4 1.53х 103 не более 0,001 0,0004

Кальмар, изготовленный по разработанной технологии не более 1*104 1,68x103 не более 0,001 не обнаружен

По органолептическим характеристикам кальмар, изготовленный по разработанной технологии, превосходил образцы готовой продукции, изготовленные по известной технологии. Выход готовой продукции при обработке кальмара коптильным препаратом на 7 % выше по сравнению с традиционным дымовым копчением.

Расчет экономического эффекта от внедрения разработанной технологии в условиях коптильного участка ООО «Фиш Трэйд Ко. Лтд» составил 5331,9 тыс. руб./год, в условиях коптильного участка ООО «Сапсан ДВ» - 6603,6 тыс. руб./год.

выводы

1. Научно обоснована технология кальмара горячего копчения на основе использования коптильного препарата «Жидкий дым «Березовый туман», обеспечивающая высокие органолептические характеристики, общую биологическую ценность, а также увеличение выхода готовой продукции.

2. Оценка индекса ароматичности коптильных препаратов, их стоимости и суммарная органолептическая оценка кальмара, обработанного коптильными препаратами, позволила по комплексному показателю качества коптильных препаратов рекомендовать для технологии горячего копчения «Жидкий дым «Березовый туман». Небольшой разброс оценок функционально-технологических свойств коптильных препаратов позволяет предложить для технологии копчения кальмара и другие исследованные коптильные препараты.

3. Разработан способ получения рабочей коптильной среды, заключающийся в нагревании коптильного препарата в герметичной емкости до температуры 90-110 °С и последующем распылении его через гидравлическую форсунку, позволяющий регулировать средний размер частиц дисперсной фазы в пределах 10-280 мкм. Установлено влияние среднего размера частиц дисперсной фазы рабочей коптильной среды и скорости воздушного потока на количества осажденных на поверхность кальмара коптильных компонентов (фенолов, кислот и карбонильных соединений), что позволяет регулировать оценку аромата, вкуса и цвета готового продукта.

4. Обоснованы температурные режимы обработки кальмара, включающие циклическую двухстадийную обработку полуфабриката рабочей коптильной средой температурой 95-102 °С в течение 3-5 мин и холодным воздухом температурой 5-10 °С в течение 5-10 мин. Установленные температурные режимы обеспечивают упруго-эластично-пластичные свойства, нежную консистенцию и сочность готового продукта за счет предотвращения глубоких денатурацион-ных изменений (не выше 64 %) и максимально возможного сохранения ВУС мышечных тканей кальмара (35-40 %).

5. Установлена степень влияния основных коптильных компонентов - фенолов, кислот и карбонильных соединений коптильного препарата «Жидкий дым «Березовый туман» - на формирование органолептических показателей кальмара горячего копчения. Установлена взаимосвязь между органолептиче-ской оценкой цвета поверхности кальмара и ее цветовыми характеристиками в международной колориметрической системе XYZ. Установлены диапазоны значений чистоты цвета 50-62 % и доминирующей длины волны 573-578 нм, соответствующие наилучшей органолептической оценке копченого кальмара.

6. Разработана технологическая схема горячего копчения кальмара, предусматривающая переработку мороженого сырья, размораживание, мойку, посол и последующую двухстадийную циклическую обработку мелкодисперсной коптильной средой, полученной из коптильного препарата, и холодным воздухом. Установлены рациональные технологические режимы копчения кальмара на примере использования коптильного препарата «Жидкий дым «Березовый туман»: температура холодного воздуха 5-8 °С; температура мелкодисперсной коптильной среды 95-102 °С, дозировка коптильного препарата 2,5-3,5 % от массы обрабатываемого полуфабриката, количество циклов 4-5.

7. Установлено, что КМАФАнМ в образцах кальмара горячего копчения, изготовленных по новой технологии, не превышало нормативного (0,001 КОЕ/г) в течение 5 сут хранения, а при хранении в вакуумной упаковке - 10 сут при температуре от минус 2 до 5 °С. На основании этого установлены сроки и условия хранения кальмара горячего копчения: без вакуума 5 сут, под вакуумом 10 сут при температуре от минус 2 до 4 °С.

8. Разработана и утверждена нормативная документация ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз» - СТО 00471515-032-2012 «Кальмар горячего копчения». Разработанная технология апробирована в производственных условиях ООО «Фиш Трэйд Ко. Лтд» и ООО «Сапсан ДВ». Расчет экономической эффективности показал, что внедрение разработанной технологии в условиях ООО «Фиш Трэйд Ко. Лтд» позволяет получить прибыль в размере 5331,9 тыс. руб./год и в условиях ООО «Сапсан ДВ» - в размере 6603,6 тыс. руб./год.

Основные положения диссертационной работы опубликованы

в изданиях перечня ВАК

1. Тимчук Е.Г., Ким Э.Н., Холоша O.A. Совершенствование технологии копченого кальмара на основе применения коптильных препаратов // Рыбное хозяйство. - 2012. - № 3. - С. 103 - 106.

в других изданиях

2. Ким Э.Н., Климова Е.П., Лаптева Е.П., Тимчук Е.Г. Технология подкопченной продукции из гидробионтов // Научно-практическая конференция в рамках международной выставки «Интерфиш-2009». - М.: Изд-во ВНИРО,

2009. - 76 с.

3. Ким Э.Н., Глебова Е.В., Тимчук Е.Г., Андреев Р.Н., Кухтина О.М., Химический состав и функциональные свойства коптильных препаратов // Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана». - Владивосток: Дальрыбвтуз,

2010. 4.2.-324 с.

4. Ким Э.Н., Тимчук Е.Г. Оценка качества и безопасности копченой продукции из кальмара тихоокеанского // Международная научно-техническая конференция «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья». - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011. - 479 с.

5. Тимчук Е.Г., Ким Э.Н. Экспериментальная коптильная установка для исследования процесса бездымного копчения // Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана». - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2012. Ч. 2. — 514 с.

6. Тимчук Е.Г. Способ и устройство для бездымного копчения кальмара // Сборник научных трудов Дальрыбвтуза. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2012. -С. 165-170.

7. Ким Э.Н., Тимчук Е.Г. Сравнительная качественная характеристика кальмара горячего копчения // Международная научно-практическая конференция «Новости научной мысли». - Прага, 2012. - № 20. — С. 81-86.

8. Ким Э.Н., Тимчук Е.Г. Роль компонентов коптильного препарата в формировании специфических свойств копченого кальмара // Международная научно-практическая конференция «Новости научной мысли». - Прага, 2012. -№20.-С. 87-91.

9. Тимчук Е.Г. Новая технология копченого кальмара на основе применения коптильных препаратов // Международная заочная научно-практическая конференция «Научная дискуссия: вопросы технических наук». - М., 2012. -С. 84-90.

10. Тимчук Е.Г., Ким Э.Н., Холоша O.A. Роль компонентов коптильного препарата в формировании специфических свойств копченого кальмара // Международная заочная научно-практическая конференция « Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания». — Челябинск, 2012. — С. 20-23.

11. Самсон Е.М., Тимчук Е.Г., Холоша O.A., Ким Э.Н. Исследование цветовых характеристик копченого кальмара // Девятая международная научно-практическая конференция «Динамика современной науки». - София, 2013. -№ 10.-С. 61-63.

патенты

12. Ким Э.Н., Тимчук Е.Г., Осипов Е.В., Глебова Е.В. Установка для бездымного копчения Пат. РФ № 0095466 // Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели». — № 19 от 10.07.2010.

13. Ким Э.Н., Тимчук Е.Г., Андреев Р.Н., Осипов Е.В., Максимов В.В. Установка для бездымного копчения Пат. РФ № 0095467 // Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели». — № 19 от 10.07.2010.

Тимчук Егор Геннадьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КАЛЬМАРА ГОРЯЧЕГО КОПЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОПТИЛЬНОГО ПРЕПАРАТА

Автореферат диссертации

Подписано в печать 25.11.2013. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,39. Уч.-изд. л. 1,00. Заказ 1657. Тираж 100 экз.

Отпечатано: издательско-полиграфический комплекс Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета 690091, г. Владивосток, ул. Светланская, 25