Разработка технологии производства подмороженной рыбы Балтийского региона с использованием жидкого и газообразного азота

Повышение качества продукции, вырабатываемой из гидробионтов, является важным условием социально-экономического развития отрасли. При значительном росте населения в больших городах, которые полностью зависят от поставок пищевых продуктов, это развитие играет решающую роль.

Одним из приоритетных направлений науки и техники в настоящее время является разработка технологических процессов хранения продовольственного сырья и пищевых продуктов без ухудшения их первоначальных свойств для обеспечения потребности населения в высококачественной биологически полноценной продукции. Наиболее перспективный и надежный путь решения данной проблемы — сокращение потерь продуктов при хранении. Однако для этого необходим новый подход к получению объективных показателей качества продукции на всех этапах ее распределения — от вылова до потребления.

На современных предприятиях широко используют холодильную обработку и хранение сырья, как один из способов консервирования продуктов питания. Это позволяет в максимальной степени сохранять его технологические свойства и пищевую ценность в течение продолжительного времени, осуществлять перевозку и хранение, создавать продовольственные запасы.

Около 254−30% всего мирового улова, используемого на пищевые цели, реализуется в свежем и охлажденном виде [80], поскольку при необходимости применения холодильной обработки охлажденное сырье в максимальной степени сохраняет свои природные свойства. Его пищевая ценность наиболее высока, однако срок хранения ограничен. В связи с этим большое внимание уделяется вопросу совершенствования обработки рыбы холодом. Одним из путей сохранения высокого качества свежей рыбы в течение продолжительного времени при улучшении условий транспортирования и уменьшении величины усушки является подмораживание — неполное замораживание со сложным процессом перераспределения кристаллической фазы внутри продукта при его дальнейшем хранении. Основополагающими для утверждения этого положения являются работы Н. А. Головкина, Г. Б. Чижова, В. П. Зайцева, В. П. Быкова, Л. И. Першиной, Г. В. Масловой, Д. Г. Рютова, Н. А. Воскресенского, Б. Н. Семенова и др. Однако выбор наиболее оптимальных режимов холодильной обработки и хранения возможен только при учете постмортальных биохимических и ферментативных процессов для конкретного вида рыбы.

Быстрое доведение температуры продукта до уровня, неблагоприятного для развития микрофлоры, обеспечивает повышение его стабильности и выгодно в экономическом отношении, так как способствует уменьшению усушки и обеспечивает более длительное хранение продуктов за счет снижения скорости развития ферментативных реакций и микробиологических процессов.

Таким образом, применение холода следует рассматривать как важнейший фактор для уменьшения потерь на этапах заготовки, производства, транспортирования и реализации продуктов из водного сырья, а также для обеспечения населения качественными продуктами питания. Однако в настоящее время является актуальной проблема увеличения продолжительности хранения продуктов, изготавливаемых традиционным способом. Поэтому все большее внимание исследователей уделяется использованию, наряду с пониженными температурами, антисептическими средствами и антибиотиками различных видов упаковки, сжиженных хладагентов и инертных газов, особенно экологически чистых, в частности, жидкого и газообразного азота. Знания о зависимостях, закономерностях и тенденциях воздействия азота на динамику различных показателей качества при подмораживании рыбы являются основой для производства подмороженной рыбы высокого качества, и представляется целесообразным исследование влияния азота на качественные характеристики подмороженной рыбной продукции.

Следовательно, проблема обеспечения населения качественной рыбной продукцией является одной из актуальных для отечественных рыбопромышленных предприятий. Изученные и описанные в данной работе вопросы по внедрению азотных технологий (использование жидкого и газообразного азота) в процессах подмораживания и хранения рыбы при современном состоянии производства приобретают особую значимость и актуальность и являются приоритетным направлением развития низкотемпературных и пищевых технологий рыбной промышленности для обновления производства.

Целью настоящей работы является совершенствование технологии подмораживания рыбы, повышение качества и увеличение сроков хранения подмороженной рыбы Балтийского региона путем научного обоснования и экспериментальной разработки более интенсивных способов подмораживания и хранения с использованием жидкого и газообразного азота.

Научная новизна работы заключается в:

— научном обосновании эффективности применения жидкого и газообразного азота в технологии подмораживания рыбы Балтийского региона России для увеличения сроков ее холодильного хранения вследствие особенностей воздействия жидкого и газообразного азота на изменение основных качественных характеристик подмороженной рыбы в процессе ее производства и хранения, а также изучения временных параметров процесса;

— определении степени изменения белковых и липидных компонентов мышечной ткани подмороженной рыбы при использовании жидкого и газообразного азота;

— установлении допустимых уровней содержания азота летучих оснований для леща и карпа, до достижения которых рыба имеет хороший внешний вид, приятный запах и вкус;

— определении влияния жидкого азота на изменение ультраструктурных компонентов мышечной ткани подмороженного карпа;

— установлении характера изменения активности протеолитических и липоли-тических ферментов и микробиологических характеристик в процессе холодильного хранения подмороженной продукции от способа обработки, в том числе с использованием жидкого и газообразного азота.

Практическая значимость работы определяется разработанными по результатам исследований технологическими параметрами процесса подмораживания рыбы, технологией производства подмороженной рыбы и технологической схемой применения жидкого и газообразного азота, которые отличаются высокой скоростью процесса подмораживания и максимальным упрощением холодильной установки.

Обоснована и установлена повышенная продолжительность хранения подмороженной рыбы, приготовленной с использованием жидкого и газообразного (модифицированной газовой среды) азота, которая на 30 и 70% соответственно превышает нормативные сроки хранения.

На основе полученных экспериментальных данных разработана и утверждена нормативная документация на подмороженную рыбу ТУ 9261−300 038 155−2002 «Лещ и карп подмороженные. Технические условия» и ТИ «Технологическая инструкция по изготовлению леща и карпа подмороженных неразделанных (с использованием жидкого или газообразного азота или без его использования)» (приложение 1, 2).

Результаты научно-экспериментальных исследований используются при проведении лабораторных и практических занятий по холодильной технологии для студентов КГТУ направления 552 400 «Технология продуктов питания».

По разработанной нормативной документации ОАО «Атлантрыбфлот» выпущена опытно-промышленная партия подмороженной рыбы (приложение 3). Продукция одобрена на дегустационных совещаниях разного уровня.

Полученные результаты исследований, а также утвержденная нормативная документация могут быть использованы на современных предприятиях рыбной промышленности для производства подмороженной рыбы высокого качества.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: Международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле и 85-летию высшего рыбохозяйственного образования в России (Россия, Калининград, 1998), Всероссийском научно-техническом семинаре с международным участием «Применение холода в пищевых производствах» (Россия, Калининград, 1999), Международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию основания Калининградского государственного технического университета (Россия, Калининград, 2000) и III Международной конференции «Повышение качества рыбной продукции — стратегия развития рыбопереработки в XXI веке» (Россия, Калининград, 2001).

Достоверность результатов исследований подтверждается использованием стандартных и общепринятых методов анализа. Полученные результаты подвергнуты обсуждению и теоретическому анализу в сравнении с литературными данными. Для обработки экспериментальных данных применяли современные математические и графоаналитические методы, используя персональный компьютер с типовым программным обеспечением. Статистическую обработку результатов анализов проводили общепринятыми методами с использованием критерия Стьюдента при доверительной вероятности Р = 90⁹⁵% [122].

На защиту выносятся следующие положения:

1. Обоснование технологии подмораживания рыбы жидким и газообразным азотом с применением анабиоза как основного принципа консервирования.

2. Результаты комплексных исследований по влиянию способов подмораживания и холодильного хранения с использованием жидкого и газообразного азота на изменение основных компонентов мышечной ткани подмороженной рыбы.

3. Динамика ферментативной активности мышечной ткани подмороженной с использованием жидкого и газообразного азота рыбы при холодильном хранении.

4. Зависимость активности ферментов мышечной ткани и ее микробной обсе-мененности от посмертного состояния рыбы, способов подмораживания и хранения.

5. Обоснование сроков хранения и экономической эффективности производства подмороженной рыбы с использованием жидкого и газообразного азота.

Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 10 печатных работах.

Выполненный объем исследований систематизирован в настоящей диссертационной работе, которая изложена на 125 стр. основного текста, содержит 17 таблиц, иллюстрирована 38 рисунками.

Список литературы

включает 150 наименований, в том числе 20 иностранных.

В заключение выражаю глубокую благодарность и искреннюю признательность моему научному руководителю профессору, доктору технических наук, академику МАХ Б. Н. Семенову, внесшему большой вклад в изучение холодильной технологии, за помощь в проведении исследований по теме диссертации и подготовке работы, а также коллективу кафедры «Технология продуктов питания» за участие в проведении исследований, особенно заведующей лабораторией Г. А. Дармограй. Считаю своим долгом выразить искреннюю благодарность за мое обучение в аспирантуре ректору КГТУ профессору В. Е. Иванову, заведующему кафедрой «Технология продуктов питания» профессору А. Б. Одинцову и заведующей аспирантурой Е. А. Залуцкой.

За помощь в проведении исследований выражаю благодарность сотрудникам АтлантНИРО, особенно Е. Т. Мартыновой, Л. И. Перовой, Б.Л. Нехамки-ну, Т. С. Одинцовой.

выводы.

1. Научно обоснована эффективность применения жидкого и газообразного азота в технологии производства подмороженной рыбы Балтийского региона на основе комплексных исследований. Использование данной технологии позволяет в 3+4 раза сократить продолжительность подмораживания и получить подмороженную продукцию с более высокими потребительскими достоинствами.

2. Определено влияние подмораживания и последующего хранения рыбы с использованием жидкого и газообразного азота на изменение белковых компонентов ее мышечной ткани: при подмораживании снижается скорость дена-турационных и гидролитических изменений белковых веществ рыбы. Уменьшение содержания солерастворимых белков при прохождении посмертного окоченения составило для карпа контрольной партии 32%, для карпа подмороженного жидким азотом 24%, а для карпа подмороженного жидким азотом с последующим хранением в МГС лишь 15%.

3. Установлено, что при подмораживании рыбы жидким азотом снижается скорость накопления продуктов гидролиза липидов у карпа на 6%, у леща на 27%, а при дополнительном использовании МГС соответственно на 10 и 48%. Показан антиокислительный эффект азота: содержание перекисных соединений при использовании жидкого азота снижается на 15+20%, а при использовании жидкого азота с последующим хранением в МГС на 30+40%.

4. Выявлено повышение протеолитической и липолитической активности ферментов мышечной ткани после прохождения максимума посмертного окоченения при хранении подмороженной рыбы. Выявлено подавление ферментативной активности мышечной ткани при использовании для подмораживания и хранения рыбы жидкого и газообразного азота. Активность протеолитических и липолитических ферментов рыбы контрольной партии повышается более интенсивно, чем активность ферментов рыбы, подмороженной с использованием жидкого и газообразного азота.

5. Установлен специфический характер изменения микробиологических характеристик в процессе холодильного хранения подмороженной рыбы в зависимости от способа обработки. Показано, что азот оказывает бактериостати-ческое воздействие на микрофлору подмороженной рыбы, что способствует сохранению качества продукции. Для достижения допустимого значения КМАФАнМ при использовании жидкого азота требуется на 25+35% больше времени, по сравнению с контрольным вариантом, а при использовании жидкого и газообразного азота — на 55+60%.

6. Прослежено изменение гистологического строения и определено влияние жидкого азота на изменение ультраструктурных компонентов мышечной ткани подмороженного карпа. Подтверждено, что суммарная оценка ультраструктуры мышечной ткани выше 2,3+0,1 балла характеризует нестандартную продукцию.

7. Выявлена взаимосвязь между изменением кислотного и перекисного чисел липидов и механохимическим состоянием мышечной ткани, характеризующимся изменением ЛГФ и влагоотдачи, по которой можно судить о начале и конце расслабления мышечной ткани и предельных сроках холодильного хранения рыбы.

8. Экспериментально определены допустимые уровни содержания азота летучих оснований для леща и карпа, по достижении которых рыба становится нестандартной и ее употребление на пищевые цели не рекомендуется. Предельным показателем АЛО для карпа принято значение 20мг%, а для леща — 50мг%.

9. На основе комплексных исследований научно обоснована и разработана технология производства подмороженной рыбы и технологическая схема применения жидкого и газообразного азота, содержащая новое решение задачи в области технологии подмораживания рыбы и позволяющая организовать экологически чистый процесс подмораживания, используя основные принципы консервирования.

10. У станов лены сроки хранения подмороженной рыбы при использовании азота для ее производства и хранения. Показано, что рыба, хранящаяся в атмосфере с повышенным содержанием азота (МГС), имеет более длительные сроки хранения и лучшее качество. Определено повышение продолжительности хранения подмороженной рыбы на 30% при использовании жидкого азота и на 70% при подмораживании жидким азотом с последующим хранением в МГС в сравнении с рыбой контрольной партии. Рекомендуемые сроки хранения рыбы составляют: при подмораживании жидким азотом для карпа не более 45 сут., для леща — не более 30 сут.- при подмораживании жидким азотом с последующим хранением в МГС не более 55 сут. и 40 сут. соответственно.

11. Разработана и утверждена нормативная документация на подмороженную рыбу ТУ 9261−003−38 155−2002 «Лещ и карп подмороженные. Технические условия» и ТИ «Технологическая инструкция по изготовлению леща и карпа подмороженных неразделанных (с использованием жидкого или газообразного азота или без его использования)». По разработанной нормативной документации ОАО «Атлантрыбфлот» выпущена опытно-промышленная партия подмороженной рыбы.

12. Обоснована экономическая эффективность и показана экономическая целесообразность внедрения разработанной технологии подмораживания рыбы с использованием жидкого и газообразного азота. Экономический эффект от внедрения указанной технологии может составить более 280 тыс. руб. в год.

3.10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Подмораживание в жидком азоте, вследствие его теплофизических данных, является наиболее быстрым по сравнению с обычными способами холодильной обработки. Кроме скорости подмораживания, на качество продукта влияет посмертное состояние рыбы перед подмораживанием, которое определяется механохимическими процессами в ее мышечной ткани. Суть их заключается в распаде макроэргических соединений и конформационных превращениях белков, приводящих к изменению свойств мышечной ткани рыбы в целом. Окоченение мышечной ткани характеризуется снижением рН, содержания АТФ, глубокой агрегацией актина и миозина и, как следствие, уменьшением влагоудерживающей способности и растворимости белков в солевых растворах.

Разрешение окоченения до некоторой степени восстанавливает свойства мышечной ткани, присущие свежевыловленной рыбе. Однако после разрешения посмертного окоченения облегчается доступ ферментов (собственных и микроорганизмов) к компонентам мышечной ткани и их разрушение. Это выражается в увеличении АЛО, ферментативной активности, КМАФАнМ и нарушении целости ультраструктурных компонентов.

Проведенные исследования и анализ полученных результатов показали следующее:

— различия в изменении растворимости белка в процессе хранения между изучаемыми вариантами зависят от вида рыбы;

— при подмораживании с использованием жидкого и газообразного азота белки мышечной ткани рыбы в меньшей степени подвергаются денатурацион-ным и гидролитическим изменениям. Например, снижение содержания со-лерастворимых белков при прохождении мышечной тканью посмертного окоченения составило для карпа контрольной партии 32%, для карпа, подмороженного жидким азотом, 24%, а для карпа, подмороженного жидким азотом с последующим хранением в МГС лишь 15%;

— изменение липидных компонентов рыбы характеризуется ростом кислотного и перекисного чисел жира в начале хранения и дальнейшей стабилизацией этих показателей после прохождения максимума. Установлено, что использование жидкого и газообразного азота тормозит развитие в липидах рыб гидролитических и окислительных процессов. Так при подмораживании жидким азотом скорость накопления продуктов гидролиза снижается в среднем на 15%, продуктов окисления — на 15-К20%, а при дополнительном использовании МГС — на 20 и 30-^40% соответственно;

— существует удовлетворительная корреляционная зависимость между изменением липидных показателей (кислотного и перекисного чисел), влагоотдачи и ЛГФ, по которой можно судить о глубине постмортальных изменений и предельной продолжительности хранения подмороженной рыбы;

— все способы обработки рыбы азотом эффективно подавляют развитие авто-литических и микробиологических процессов. Активность протеолитических ферментов леща контрольной партии к 30 сут. хранения повысилась в.

2.8 раза (салаки к 15 сут. хранения — в 5,2 раза), в то время как активность ферментов леща, подмороженного жидким азотом, повысилась в 2,2 раза (в.

3.9 раза), а активность ферментов леща, подмороженного жидким азотом с последующим хранением в МГС повысилась только в 1,4 раза (в 2,7 раза). Активность липолитических ферментов леща в то же время составляла для контрольной партии 91% от первоначальной активности (салаки — 145%), для леща, подмороженного жидким азотом — 80% (87%), а для леща, подмороженного жидким азотом с последующим хранением в МГС — 72% (31%);

— по мере развития в рыбе процесса порчи возрастает величина рН мяса от 6,7 до 7,0, а также значения показателя КМАФАнМ мышечной ткани. Так для леща значения показателя КМАФАнМ возросли на два порядка от начала хранения до 40 сут., а для карпа — на пять порядков, поскольку мышечная ткань живой рыбы стерильна. Рост количества микроорганизмов при хранении подмороженной рыбы происходит в основном за счет развития бактерий рода Micrococcus;

— в мышечной ткани леща и карпа, подмороженных в обычных условиях, отмечено более высокое содержание АЛО на протяжении всего периода хранения, по сравнению с теми же рыбами, подмороженными с использованием жидкого и газообразного азота;

— по мере увеличения сроков холодильного хранения подмороженной рыбы снижаются значения относительной численной характеристики качества, что свидетельствует о глубоких биохимических и физико-химических изменениях мышечной ткани и ухудшении ее качественного состояния. При снижении относительной численной характеристики на 40-^-50% от первоначального значения подмороженная рыба перестает соответствовать требованиям нормативной документации;

— подмороженная азотом рыба характеризуется лучшими органолептическими и гистологическими показателями, более высоким уровнем водоудержи-вающей способности. Кроме того, использование жидкого азота при подмораживании предотвращает образование пористости в мышечной ткани;

— продолжительность холодильного хранения увеличивается в 1, Зч-1,7 раза по причине бескислородного проведения процесса из-за вытеснения азотом воздуха, низкой концентрации электролита в мышечной ткани, подавлении азотом аэробной микрофлоры. В связи с этим, подмораживание целесообразно применять при хранении мелкой рыбы свыше 6, крупной — свыше 10 суток.

Таким образом, анализ биохимических изменений показал, что быстрее они происходят в мышечной ткани рыбы, подмороженной в обычном морозильном аппарате. Результаты исследований биохимических и структурных изменений мышечной ткани показали, что при быстром подмораживании наблюдается значительное замедление происходящих в ткани процессов и достаточная аккумуляция холода, что в совокупности обеспечивает длительное сохранение высокого качества рыбы. Динамика исследованных биохимических показателей согласуется с результатами работ В. П. Быкова, Н. А. Головкина и В. И. Шаробайко, что свидетельствует об их достоверности.

На основании проведенных исследований по оценке органолептических признаков и изменению биохимических и микробиологических показателей установлено, что жидкий и газообразный азот (особенно МГС) оказывает заметное влияние на качество подмороженной рыбы. В связи с этим сроки хранения подмороженной рыбы с использованием жидкого и особенно газообразного азота (МГС) значительно (на 30 и 70% соответственно) превышают сроки хранения рыбы подмороженной традиционным способом.

Из представленных результатов исследования, вытекает целесообразность и перспективность применения технологии с использованием жидкого азота при подмораживании рыбы и МГС при ее последующем холодильном хранении.