close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Обоснование и разработка технологии получения структурообразователя из кожи рыб

код для вставкиСкачать
ФИО соискателя: Као Хуе Тхи Шифр научной специальности: 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Шифр диссертационного совета: Д 307.004.03 Название организации: Всероссийский научно-исследовательский инсти
На правах рукописи
КАО ТХИ ХУЕ
ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ
ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗ КОЖИ РЫБ
05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и
холодильных производств
Автореферат диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Москва – 2012
Работа
выполнена
в
Федеральном
государственном
бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
профессионального
образования
«Астраханский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «АГТУ»)
Научный руководитель
кандидат технических наук, доцент
Разумовская Рамзия Гумеровна
Официальные оппоненты:
Боева Нэля Петровна
доктор технических наук, доцент,
ФГУП
«Всероссийский
научноисследовательский
институт
рыбного
хозяйства и океанографии», лаборатория БАВ
и кормовых продуктов, главный научный
сотрудник
Лысова Альбина Сергеевна
кандидат технических наук, доцент,
АНО ВПО Центросоюза РФ «Российский
университет кооперации» (Калининградский
филиал), кафедра «Товароведение, товарный
консалтинг и аудит», доцент
Ведущая организация:
ФГБОУ ВПО «Калининградский
государственный технический университет».
Защита состоится «21» июня 2012 г. в 14 ч 00 мин на заседании
диссертационного совета Д 307.004.03 при ФГУП «Всероссийский научноисследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (ФГУП
«ВНИРО») по адресу: 107140, г. Москва, ул. Верхняя Красносельская, дом 17.
Факс: (499) 264-91-87, e-mail: fishing@vniro.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ВНИРО».
Автореферат разослан «21» мая 2012 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета
Татарников В.А.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В условиях дефицита сырья эффективное
использование вторичных ресурсов является одним из условий экологически
безопасного развития экономики для любого государства.
Концепция развития рыбного хозяйства Российской Федерации на период
до 2020 г. считает, что одной из первоочередных мер повышения
функционирования рыбной отрасли является рациональное использование
вторичных
биологических
ресурсов.
Рациональное
и
максимальное
использование малоценных и вторичных ресурсов рыбной промышленности
тесно связано с обеспечением рыбными белками физиологических норм
питания
человека,
природоохранными
мероприятиями,
необходимостью
улучшения экологического состояния производств, их эффективностью,
сохранением и наращиванием объёма производства отрасли, расширением
ассортимента продуктов (Киселев, 2009).
Анализ состояния развития мировой рыбообработки, в т. ч. Вьетнама и
России показал, что в последнее время наметилась тенденция к повышению
выпуска рыбной продукции специальной разделки и филе. Филетирование и
переработка рыбного сырья неизбежно связаны с образованием отходов.
Большую долю отходов переработки рыб составляет коллагенсодержащее
сырьё, в т. ч. кожа. Перспективным направлением обработки данного сырья
является получение структурообразователя, имеющего широкий спектр
использования в пищевой промышленности и других отраслях народного
хозяйства.
Многие российские и зарубежные учёные указывали на актуальность
переработки коллагенсодержащего сырья и внесли большой вклад в получение
структурообразователей (Вирник, 1963; Баблоян, 1972; Джафаров, 1990;
Богданов, 1993; Gudmundson,1997; Norland, 1997; Keiji, 2000; Gomer-Guilen,
2002; Haug, 2004; Антипова, 2004; Якубова, 2006 и др.). В работах этих учёных
показано, что применение кислотного способа обработки в полном объёме
распространяется
на
рыбные
объекты
3
промысла,
в
том
числе
на
коллагенсодержащее сырьё. Наряду с кислотной обработкой актуально
изыскание и применение экологически чистых технологий получения
структурообразователя. Одним из перспективных направлений решения данной
проблемы является применение электрохимически активированных (ЭХА)
растворов. Широкий спектр рН ЭХА растворов позволяет применить их
фракции для создания оптимальных условий протекания физико-химических и
биохимических реакций, это очень важно для биотехнологии пищевых
продуктов, в том числе для обработки водных биологических ресурсов.
Одним из важных этапов технологии структурообразователя является
обезвоживание экстракта. При этом самым распространённым способом является
конвективная
сушка,
отличающаяся
значительной
продолжительностью.
Разработка оптимальных режимов сушки с целью сокращения продолжительности
технологического процесса и повышения качества готового структурообразователя
требует дальнейших исследований.
Целью
работы
является
разработка
технологии
получения
структурообразователя из кожи рыб с использованием для экстракции анолита
ЭХА раствора и способа сушки экстракта во вспененном состоянии.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Выбрать коллагенсодержащее сырьё для получения структурообразователя;
разработать рациональный способ заготовки и хранения коллагенсодержащего
сырья (кожи рыб).
2. Обосновать технологические операции предварительной подготовки
сырья для получения структурообразователя.
3.
Установить возможность применения анолита ЭХА раствора для
экстракции коллагенсодержащего сырья, обосновать рациональные параметры
экстракции коллагена из исходного сырья.
4. Изыскать способ и определить рациональные параметры очистки
экстракта от сопутствующих примесей.
5.
Изучить пенообразующую способность, стойкость пенослоя экстракта
и обосновать рациональные режимы его сушки.
4
6.
Исследовать
показатели
качества
и
безопасности
полученных
структурообразователей; установить режим и срок хранения структурообразователей.
7.
Разработать рекомендации по применению структурообразователя для
производства рыбных колбасных изделий и осветления соков и вин.
8.
Рассчитать экономическую эффективность разработанной технологии.
9. Разработать техническую документацию на коллагенсодержащее сырьё
(мороженая кожа рыб – полуфабрикат) и структурообразователь.
Научная новизна работы.
Впервые предложено и научно обосновано использование кожи щуки
Волго-Каспийского
бассейна
и
вьетнамского
пангасиуса
в
качестве
коллагенсодержащего сырья для производства структурообразователя.
Выявлено
влияние
микробиальной
анолита
обсемененности
ЭХА
при
раствора
на
ополаскивании
снижение
кожи
рыб
общей
перед
экстракцией.
Установлена возможность использования анолита ЭХА раствора в
процессе экстракции коллагена из кожи рыб и обоснованны рациональные
параметры двухкратной экстракции.
Впервые изучены пенообразующая способность, стойкость пенослоя при
взбивании экстракта; обоснован рациональный режим сушки экстракта во
вспененном состоянии конвективным способом.
Определены уникальные свойства структурообразователя из кожи рыб:
пониженная температура плавления и растворение в холодной воде без
предварительного
набухания
по
сравнению
с
желатином
животного
происхождения.
Практическая значимость работы. Разработан и утвержден пакет
технической документации: ТУ 9289-001-00471704-2011 «Мороженая кожа рыб полуфабрикат» и ТИ к ним, ТУ 9219-003-00471704-2011 «Структурообразователь
из кожи рыб» и ТИ к ним.
Новизна технологических решений подтверждена патентом РФ № 2445354
на «Способ производства плодового вина» (процесс осветления вина
5
проводился с помощью структурообразователя, полученного из кожи рыб). На
заявку № 2010144743/13 (064471) «Способ производства желатина» получено
решение о выдаче патента РФ на изобретение от 17.01.2012.
Способ заготовки, хранения кожи рыб – полуфабриката был апробирован в
производственных
условиях
ООО
«Астраханский
рыбный
промысел»,
технология получения структурообразователя из кожи рыб была апробирована
на предприятии ООО «Биопрофилактика».
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Разработанный способ заготовки, хранения кожи рыб с целью
использования её для получения структурообразователя.
2. Обоснованные
технологические
режимы
основных
процессов
получения структурообразователя из кожи рыб: экстракции, очистки, сушки.
3. Рекомендации по использованию структурообразователей в составе
рецептурной композиции рыбных колбасных изделий, для осветления соков и
вин на основании установленных показателей качества и безопасности
полученных структурообразователей.
Апробация работы. Основные результаты работы докалывались и
обсуждались на Международной студенческой конференции (Астрахань,
АГТУ, 2009), Международной научно-практической конференции «Олимпиада
2014: технологические и экологические аспекты производства продуктов
здорового питания» (Краснодар, КубГТУ, 2009), Всероссийской научнопрактической конференции молодых учёных «Инновация и актуальные
проблемы техники и технологий» (Саратов, СГТУ, 2010), Международной
научно-практической конференции «Инновационному развитию АПК –
научное обеспечение» (Пермь, Пермская ГСА, 2010), Международной научнопрактической конференции «Молодёжь и наука XXI века» (Ульяновск,
Ульяновская ГСА, 2010), Всероссийской научно-практической конференции
«Повышение качества и безопасности пищевых продуктов» (Махачкала, ДГТУ,
2010), IX Международном конгрессе «Мир биотехнологии: состояние и
перспективы развития» (Москва, 2011), 54-ой и 55-ой Всероссийской
6
отраслевой научной конференции профессорско-преподавательского состава
АГТУ (Астрахань, 2010, 2011), IV Всероссийской научно-практической
конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов
российских вузов» (Томск, ТГУ, 2011), Международной научно-практической
конференции
«Современные
СевКавГТУ,
2011),
достижения
Всероссийской
биотехнологии»
(Ставрополь,
научно-практической
конференции
«Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Кемерово,
КемТИПП, 2011), II научно-практической конференции молодых учёных
«Современные проблемы и перспективы рыбохозяйственного комплекса»
(Москва, ВНИРО, 2011) (получен сертификат за третье место на конкурсе
научных работ в рамках конференции).
Публикации.
Основное
содержание
диссертационной
работы
опубликовано в 20 печатных работах, в том числе 6 статей в изданиях,
рекомендованных ВАК РФ, 1 патент РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5
глав, выводов, списка литературы, включающего 229 источников, в том числе 39
зарубежных авторов. Работа изложена на 143 страницах, содержит 28 таблиц, 35
рисунков, 14 приложений. В приложении приведены техническая документация,
акты производственных испытаний, патент и решение о выдаче патента РФ на
изобретение, диплом и грамота об участии автора на конференциях.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практическая
значимость работы.
В первой главе «Анализ состояния сырьевой базы и способов
получения структурообразователя» проведен анализ отечественной и
зарубежной литературы в области получения структурообразователя, показан
потенциал коллагенсодержащего рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна и
Вьетнама, возможности его использования. Рассмотрены физико-химические
свойства коллагена, способы и технологии его получения. Показаны
направления применения коллагена в различных отраслях промышленности.
7
Сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе «Объекты и методы исследования» представлена схема
проведения исследований (рис. 1), описаны методы и постановка эксперимента.
Анализ состояния сырьевой базы и способов получения структурообразователя
из коллагенсодержащего сырья
Возможности использования вторичного
коллагенсодержащего сырья. Коллаген и
желатин: структура, свойства, применение
Анализ
сырьевой базы
Вьетнама и
ВолгоКаспийского
бассейна
Формулирование цели и задач исследований
Технологические
аспекты
получения
структурообразователя
Экспериментальные исследования
Изучение химического состава объектов исследования
Изучение
органолептических и физикохимических
показателей
кожи рыб
Разработка рационального способа заготовки,
хранения кожи рыб – полуфабриката
Обоснование технологических операций
предварительной подготовки сырья
Определение
показателей
безопасности
кожи рыб
Обоснование возможности использования анолита ЭХА раствора в качестве
экстрагента при обработке кожи рыб и установление рациональных режимов экстракции
Изучение изменения
массовой доли сухих
веществ и кинематической
вязкости экстракта
Изыскание способа и
определение рациональных
параметров очистки
экстракта
Изучение органолептических,
физико-химических
показателей экстракта до и
после очистки
Установление рациональных параметров и изучение кинетики сушки экстракта во вспененном состоянии
Разработка технологической схемы получения
структурообразователя из кожи рыб
Исследование качественных показателей
структурообразователей
Разработка рекомендации по применению
структурообразователя
Разработка проекта ТД на мороженую кожу рыб –
полуфабрикат и структурообразователь из кожи рыб
Производственные испытания и оценка экономической эффективности
получения структурообразователя
Рисунок 1 - Программно-целевая схема проведения исследований
Объектами исследований являлись кожи промысловых видов рыб ВолгоКаспийского региона: щуки Esox lucius Linnaeus, карася Carassius Nilsson,
красноперки Scardinius erythrophthalmus Linnaeus, сома Silurus glanis Linnaeus,
окуня Perca fluviatilis Linnaeus и кожа вьетнамского пангасиуса Pangasius Bacilus.
В работе использованы стандартные и общепринятые в научных
исследованиях
рыбной
органолептические,
отрасли
химические,
микробиологические
и
физико-химические,
токсикологические
методы.
Определение химического состава объектов исследования по ГОСТ 7636-85.
Определение содержание коллагена по методике, изложенной в руководстве
«Технохимический
контроль
в
рыбообрабатывающей
8
промышленности»
(Лазаревский, 1955). Кинематическая вязкость экстракта и 10 %-ого раствора
структурообразователя измерялась инструментальным методом с помощью
капиллярного стеклянного вискозиметра Оствальда модели ВПЖ-4 (Бабко,
1968).
Пенообразующую
осуществляли
способность
взбалтыванием
и
и
стойкость
замером
высоты
пенослоя
экстракта
пены.
Качество
структурообразователя определяли стандартным методом по ГОСТ 11293-89,
ГОСТ 25183-82.1–ГОСТ25183-82.10. Статическая обработка экспериментальных
данных и построение графических зависимостей проводились с использованием
стандартных программ «Microsoft Office 2007» (Ms Excel) и «Statistica 6.0».
Глава
3
Обоснование
и
разработка
технологии
получения
структурообразователя из кожи рыб. Результаты исследования показали, что
химический состав кожи исследуемых видов рыб практически не зависит от
сезона вылова. Содержание коллагена изменяется незначительно. Наибольшее
содержание коллагена отмечено у пангасиуса 26,6 %, самое низкое – у
красноперки – 20,5 %. Следует отметить, что высокое содержание коллагена в
коже рыб обусловливает её ценность в качестве сырья для производства
структурообразователя.
Таблица 1- Общий химический состав кожи промысловых рыб
Волго-Каспийского бассейна и вьетнамского пангасиуса
Объект
исследования
влаги
Карась
Окунь
Сом
Щука
Красноперка
64,5 ± 1,3
69,1 ± 1,2
66,4 ± 1,1
69,8 ± 1,1
68,5 ± 1,2
Карась
Окунь
Сом
Щука
Красноперка
63,5 ± 1,3
67,3 ± 1,3
65,1 ± 1,2
68,3 ± 1,4
65,2 ± 1,2
Пангасиус
65,5 ± 0,9
Содержание, %
сухих
жира
коллагена
веществ
(Nк·5,55)
весеннего вылова
35,5 ± 1,1
3,0 ± 0,3
25,0 ± 1,1
30,9 ± 0,8
1,2 ± 0,2
21,1 ± 0,9
33,6 ± 0,7
3,1 ± 0,2
23,9 ± 0,7
30,2 ± 1,3
0,9 ± 0,1
22,8 ± 0,9
31,5 ± 1,6
4,2 ± 0,2
20,5 ± 0,8
осеннего вылова
36,5 ± 0,8
3,4 ± 0,2
26,1 ± 0,6
32,7 ± 1,2
1,5 ± 0,2
22,0 ± 0,7
34,9 ± 1,1
3,5 ± 0,2
25,5 ± 1,1
31,7 ± 0,9
0,9 ± 0,1
25,0 ± 0,9
33,8 ±0,7
4,7 ± 0,3
21,6 ± 0,7
сырьё Вьетнама
34,5 ± 0,7
2,0 ± 0,2
26,6 ± 0,6
9
минеральных
веществ
2,6 ± 0,2
2,5 ± 0,1
2,2 ± 0,2
2,6 ± 0,3
2,5 ± 0,2
2,6 ± 0,2
2,6± 0,3
2,2 ± 0,2
2,5 ± 0,1
2,5 ± 0,1
1,5 ± 0,1
Полное удаление липидов при получении структурообразователя из
жирного сырья усложняет технологический процесс (Трещева, 1983). Поэтому
для получения высококачественного структурообразователя рекомендуется
использовать кожу рыб с невысоким содержанием жира (щуки, пангасиуса).
Разработка рационального способа заготовки и хранения кожи рыб.
Нами был предложен способ заготовки, хранения кожи рыб, предусматривающий
их зачистку, промывку водой (tводы < 20 оС) с продолжительностью 15-20 минут
при соотношении кожи и воды 1: 4, ополаскивание анолитом ЭХА раствора с рН
4,0-6,0 с последующим центрифугированием, замораживанием и хранением
мороженой кожи – полуфабриката при минус 18 оС не более 6 месяцев.
В процессе хранения кожи рыб были определены микробиологические и
токсикологические показатели. Результаты исследований показали, что кожа
после сбора имеет КМАФАнМ не более 1∙105 КОЕ/г, после промывки и
ополаскивания – не более 6∙104 КОЕ/г, после 3 месяцев хранения – не более
3∙104 КОЕ/г, через 6 месяцев – не более 1,25∙104 КОЕ/г, что соответствует
требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 (п.1.3.1.2) для мороженой рыбы. БГКП (в
0,01 г), патогенные (сальмонеллы) (в 25 г), S. aureus (в 1,0 г), плесени и дрожжи
(в 0,1 г) во всех образцах не обнаружены. Содержание токсичных элементов,
пестицидов, радионуклидов, полихлорированных бифенилов, ДДТ и его
метаболитов в коже щуки и пангасиуса ниже допустимых уровней по СанПиН
2.3.2.1078-01 (п. 1.3.1) для мороженой рыбы.
Таким образом, кожа рыб – полуфабрикат после заготовки и хранения в
мороженом
виде
является
безопасным
сырьём
для
производства
структурообразователя.
Обоснование технологических операций предварительной подготовки
кожи
рыб
для
получения
структурообразователя
структурообразователя.
подготовительными
операциями
При
получении
могут
выступать
сортировка, измельчение, обезжиривание, мацерация, золка коллагенсодержащего
сырья (Вирник, 1963; Джафаров, 1990). Как правило, при использовании сырья
с прочной структурой ткани требуется дополнительная технологическая
10
операция, приводящая к её разрыхлению. Однако кожа рыб относится к
мягкому коллагенсодержащему сырью, поэтому дополнительная обработка для
разрыхления структуры сырья не требуется (Трещева, 1983).
Результат исследования химического состава кожи рыб после проведения
промывки с интенсивным перемешиванием показал, что содержание жира в
коже щуки Волго-Каспийского бассейна и вьетнамского пангасиуса не более
2,0 %, поэтому предварительного обезжиривания кожи при получении
структурообразователя из кожи данных видов рыб также не требуется.
В отличие от чешуи и других коллагенсодержащих рыбных отходов, в
коже данных рыб содержится незначительное количество минеральных
веществ (не более 2,5 %). Поэтому при получении структурообразователя из
данного сырья не проводится деминерализация.
Таким
образом,
подготовка
кожи
рыб
к
экстракции
включает
размораживание кожи на воздухе, однократную промывку водопроводной водой
(tводы < 20 oC), ополаскивание анолитом c рН 4,0-6,0, отжим и измельчение на
кусочки размером 1-2 см. Результат микробиологической оценки показал, что
при ополаскивании кожи рыб анолитом КМАФАнМ уменьшилось в 3,5-4,5
раза. БГКП (в 0,01 г), патогенные (сальмонеллы) (в 25 г), S. aureus (в 1 г),
плесени и дрожжи (в 0,1 г) не были обнаружены. Подготовленную кожу рыб
направляли на экстракцию.
Обоснование основных технологических параметров экстракции
коллагена из кожи рыб с использованием анолита ЭХА раствора. На
скорость экстракции и качество готового продукта влияют экстрагент,
гидромодуль (ГМ), продолжительность, температура, а также рН среды.
Экспериментально установлено, что при использовании анолита с рН 2,0-2,5 в
качестве экстрагента при соотношении сырья и воды 1: (1-3), жидкая фракция
имеет рН 4,0-4,5. Поэтому для обоснования возможности использования
анолита при экстракции коллагена в качестве сравнительного варианта был
выбран водный раствор соляной кислоты с рН 4,3 ± 0,2. В качестве контроля
была использована дистиллированная вода с рН 7,0 ± 0,2.
11
Влияние экстрагента на процесс экстракции коллагена из кожи рыб
изучалось при ГМ 1: 2, температуре 60
о
С, продолжительности 4 часа.
Интенсивность процесса экстракции коллагена оценивалась по кинематической
вязкости (η) или массовой доле сухих веществ экстракта (рис. 2).
а)
б)
Рисунок 2 - Изменение кинематической вязкости экстракта при использовании
разных экстрагентов в процессе экстракции коллагена из кожи рыб:
а - щуки, б – пангасиуса
Полученные
данные
(рис.
2)
свидетельствуют
о
том,
что
при
использовании анолита в качестве экстрагента достигаются высокие значения
кинематической вязкости за счёт увеличения скорости гидролиза кожи рыб.
Максимальная вязкость экстракта, полученного из кожи щуки и пангасиуса,
достигает 18,5 и 20,5 мм2/с, соответственно, т. е. увеличилась на 16-30 % по
сравнению с использованием подкисленной и дистиллированной воды.
Для выбора рационального значения рН были использованы анолиты с
различными значениями рН от 2,0-5,0. Экстракция была проведена при
температуре 60 °С, ГМ 1: 2. Максимум выделения коллагена в экстракт
происходил при использовании анолита с рН 2,0-2,5 (рН жидкой фракции 4,04,5). При этом после 3-4 часов экстракции массовая доля сухих веществ
экстракта, полученного из кожи щуки, составила 9,5-9,8 %, из кожи пангасиуса
– 10,5-10,8 % (рис. 3).
12
а)
б)
Рисунок 3 - Изменение массовой доли сухих веществ экстракта в зависимости
от значения рН анолита в процессе экстракции: а – щуки, б – пангасиуса
Далее обоснованы рациональные режимы двухкратной
экстракции
коллагена из кожи рыб.
Планируемый эксперимент по определению рациональных условий
двухкратной экстракции коллагена из кожи рыб является трёхфакторным.
Интенсивность
первой
экстракции
рассматривалась
при
следующих
технологических параметрах: объём вносимого гидромодуля (анолит ЭХА
раствора) находился в диапазоне от 100 до 300 % к массе кожи, диапазон
продолжительности проведения экстракции от 0,5 до 4 часов, варьирование
температуры осуществляли от 45 до 65 ºС.
Экспериментальные данные показали, что рациональное условие для
перехода коллагена в экстракт наблюдается при гидромодуле 1: 2. Для
определения рациональных режимов процесса первой экстракции был
применен
метод
планирования
экспериментов
с
использованием
ротатабельного плана второго порядка Бокса-Хантера (Адлер, 1976; Грачев,
2000). В качестве модельного образца для математической обработки
результатов эксперимента была взята кожа щуки.
В результате обработки данных получено следующее уравнение регрессии:
η = F ∙ (– 103,78 + 3,72 · t* + 2,19 · τ* – 0,03· t*2 + 0,02 · t* ∙ τ* – 0,34 · τ*2) (1)
где η – кинематическая вязкость экстракта, мм2/c; t – температура первой
экстракции, °C; τ – продолжительность процесса первой экстракции, час.
13
t*, τ* – относительные величины, которые равны:
t* = tист/t (t = 1), oC; τ* = τист/τ (τ = 1), час;
F – эмпирический коэффициент, имеющий размерность мм2/c и равный 1.
Анализ
данного
уравнения
и
построенной по нему поверхности
отклика
(рис.
4)
рациональными
показал,
для
что
протекания
процесса первой экстракции коллагена
из кожи рыб являются следующие
условия: продолжительность 3 часа,
Рисунок 4 - Изменение значения
температура
кинематической вязкости экстракта в
максимальная
зависимости от температуры и
60
o
C.
вязкость
При
этом
экстракта
достигает 18,5 мм2/c, массовая доля
продолжительности процесса первой
сухих веществ экстракта – 9,5 %.
экстракции
По показателям массовой доли сухих веществ экстракта первой фракции
установлено, что после первой экстракции в экстракт выделялся в среднем 6065 % коллагена от общего содержания его в коже рыб. Для полного выделения
коллагена, оставшуюся кожу после первой экстракции подвергали второй
экстракции. По результатам экспериментальных данных установлено, что
рациональные параметры второй экстракции при использовании анолита с рН
2,0-2,5 являются ГМ 1: 1, температура 55 оС, продолжительность 1,5 часа
(рис.5). При этом кинематическая вязкость экстракта, полученного из кожи
щуки и пангасиуса достигает 6,9 и 8,5 мм2/c, соответственно.
Органолептический анализ показал, что экстракты первой и второй
фракции недостаточно прозрачные. Это можно объяснить тем, что экстракты
содержат пигментирующие вещества клеток кожи рыб – муцины и мелкие
взвеси, а также белки неколлагенового характера, которые придают экстракту
кремовый цвет. Следующим этапом технологии структурообразователя
является очистка экстракта.
14
ГМ
1:1
а)
б)
ГМ
1:1,5
а)
б)
Рисунок 5 - Изменение значения кинематической вязкости экстракта в зависимости
от ГМ, температуры и продолжительности процесса второй экстракции:
а – щуки, б – пангасиуса.
Изыскание способа и определение рациональных параметров очистки
экстракта. Процесс очистки экстракта от присутствующих смесей осуществлялся
следующим образом: экстракт подкисляли 0,5 %-ым раствором лимонной
кислоты до рН 4,1-6,1, выдерживали при температуре 60 °С в течение 1,5-2 час,
охлаждали до температуры 30-35 °С и отделяли на центрифуге при частоте
вращения ротора 3000-3500 об/мин в течение 7-10 минут.
Эффективность процесса очистки экстракта определялась по массе
плотного остатка после центрифугирования.
Результаты исследования
показали, что наиболее эффективно процесс
очистки экстракта наблюдается при подкислении экстракта до рН 5,1 ± 0,1. При
рН > 5,3 экстракт после центрифугирования недостаточно прозрачный. При
рН < 5,0 экстракт после очистки прозрачный, однако, это может повлиять на
показатель
активности
водородных
ионов
структурообразователя.
15
водного
раствора
готового
После очистки экстракт и первой, и второй фракции отличается высокой
прозрачностью, которая достигает 80-85 % (рис. 6).
Результаты
экстракта
оценки
показали,
экстрактов
имеет
качества
что
смесь
достаточно
высокие органолептические, физикохимические
показатели.
После
очистки снижается массовая доля
сухих
веществ,
кинематическая
вязкость, коэффициент преломления
и оптическая плотность экстракта за
Рисунок 6 - Сравнительная прозрачность
счёт удаления взвешенных взвесей и
экстракта первой и второй фракции до и
белковых веществ неколлагеннового
характера.
после очистки
Массовая доля сухих веществ в смеси первой и второй фракции экстрактов
после очистки составляет в среднем 7,9-8,7 %. Поэтому, чтобы избежать
технических трудностей и повышенных нагрузок на сушилку, экстракт перед
сушкой необходимо смешивать и концентрировать.
Экстракт концентрировали упариванием в вакуумно-выпарном аппарате
при температуре 55-60 °С, давлении 1 атм., продолжительности 1,5-3 часов,
после чего массовая доля сухих веществ экстракта составляла 15-25 % и
направляли на сушку.
Выбор
рационального
способа
сушки
экстракта.
Исследование
пенообразующей способности и стойкости пенослоя проводили для экстракта с
массовой долей сухих веществ 10-25 %.
Структура образующейся пены при взбивании экстракта была рассмотрена
в микроскопе под 200-т кратным увеличением и получены микрофотографии
(рис. 7), из которых установлено, что дисперсность пен в значительной степени
зависит от массовой доли сухих веществ.
16
При
низкой
концентрации
(10-12 %) образуются пузырьки с
тонкими оболочками, вследствие
а)
чего пена не устойчива и часть
в)
б)
пенослоя превращается в жидкое
состояние.
При
концентрации
г)
е)
д)
до
повышении
15-25
%
наблюдаются отдельные пузырьки
Рисунок 7 - Микрофотографии пен при
различной концентрации экстракта
(увеличение 10x20): а – 10 %, б – 12 %,
в – 15 %, г – 17,5 %, д – 20 %, е – 25 %
с толстыми оболочками, поэтому
пена стабильная.
Пенообразующая способность и стойкость пенослоя экстракта с массовой
долей сухих веществ 10-25 % представлены в таблице 2, из которой видно, что
через 15 минут после взбивания стойкость пенослоя экстракта с концентрацией
15-25 % стабильная и составила 375-390 %.
Таблица 2 - Пенообразующая способность и стойкость пенослоя
при различной концентрации сухих веществ экстракта
Наименование показателя
Пенообразующая способность
после взбивания, %
Стойкость пенослоя, %, в течение
15 мин. после взбивания
Концентрация сухих веществ экстракта, %
10,0
12,5
15,0
17,5
20
25
400
395
390
380
380
375
395
390
390
380
380
375
Ряд авторов считают пену пригодной для пеносушки, если она после
прекращения взбивания не образует видимого осадка в течение не менее 15 минут
(Велчев, 1965; Алексанян, 2001). Результаты исследований пенообразующей
способности и стойкости пенослоя (рис. 7, табл. 2) свидетельствуют о возможности
сушки экстракта с массовой долей сухих веществ 15-25 % во вспененном
состоянии.
Обязательным
условием
получения
высококачественного
структурообразователя является повышение скорости процесса сушки при
возможно более низких температурах (Вирник, 1963; Джафаров, 1990).
Процесс сушки проводили двумя способами. Перед сушкой экстракт
подвергали желатинизации при температуре 2-6 °С в течение 12-14 часов до
17
образования прочного студня, который затем резали на пластинки толщиной 0,20,3 см и направляли на сушку конвективным способом в сушильном шкафу с
принудительной циркуляцией воздуха при температуре 18-22 °С, относительной
влажности воздуха 55-60 % в течение 18-24 часов. Процесс сушки проводили во
вспененном состоянии (без предварительной желатинизации) с толщиной
пенослоя 0,2-0,4 см при вышеуказанных условиях, при этом продолжительность
сушки составила 3-4 часа.
а)
б)
Рисунок 8 - Кривые сушки экстракта:
а - в состоянии студня, б – во вспененном состоянии
На основании полученных данных (рис. 8) установлено, что сушка во
вспененном
состоянии
при
указанных
условиях
является
наиболее
рациональным методом обезвоживания экстракта. Достоинством данного
способа
сушки
является
исключение
предварительной
желатинизации
экстракта, резкое сокращение продолжительности процесса сушки, а также не
требуется дальнейшего дробления пластинок после сушки. Кроме того,
пеносушка позволяет получить продукт с низким содержанием влаги - до 6,9 %
и с улучшенными органолептическими показателями.
На основе проведённых исследований была разработана технологическая
схема
получения
структурообразователя
из
мороженой
кожи
рыб
–
полуфабриката и описаны все её процессы (рис. 9).
В четвёртой главе «Изучение качественных показателей полученных
структурообразователей» представлена характеристика показателей качества
следующих опытных образцов: РКС-С-Щ, РКС-С-ВП – структурообразователи,
18
полученные при сушке экстракта в состоянии студня из кожи щуки и
пангасиуса, соответственно; РКС-П-Щ, РКС-П-ВП – во вспененном состоянии.
Прием мороженой кожи
Размораживание на воздухе, t < 20 °С
Водопроводная вода,
t < 20 °С
Промывка кожи
Анолит ЭХА раствора
с рН 4,0-6,0
Ополаскивание
Сточные воды на
очистку
Отжим, измельчение
до размера 1–2 см
Анолит ЭХА
раствора с рН
2,0–2,5
Первая экстракция, ГМ 1:2, t = 60 °С, τ = 3,0 часа
Вторая экстракция, ГМ 1:1, t = 55 °С, τ = 1,5 часа
Декантирование, смешивание экстрактов
двух фракции, охлаждение до 30-35 °С
Приготовление
0,5%-ого раствора
лимонной кислоты
Плотный остаток
на кормовые цели
Очистка экстрактов
(Подкисление экстракта до рН 5,1 ±
0,1, выдерживание при 60 °С, 1,5–2
часа)
Центрифугирование, σ = 3000–3500 об/мин,
τ = 7–10 минут или фильтрация
Плотный остаток
на кормовые цели
Упаривание в вакуумном аппарате, давление 1 атм;
t = 55–60 °С, τ = 1,5–3,0 часа
Взбивание экстракта, t = 30-35 °С,
σ = 550–600 об/мин, τ = 2–3 мин
Сушка во вспененном состоянии конвективным способом, d = 2–4 мм, t = 18–22 °С,
τ = 3–4 часа, относ. влаж. воздуха 55–60 %
Фасование, упаковывание
Реализация
Хранение при 20 ± 2 °С, относ. влаж. воздуха 70 ± 5 %, не более 12 месяцев
Рисунок 9 - Технологическая схема получения структурообразователя из кожи рыб
Результаты
органолептической
оценки
показали,
что
полученные
структурообразователи имеют высокие органолептические показатели. Сушка
экстракта во вспененном состоянии позволила получить бесцветные образцы
РКС-П-Щ; РКС-П-ВП, что обусловлено тонкой дисперсностью пены и
продолжительностью сушки.
Структурообразователь, полученный при сушке в состоянии студня,
представляет собой прозрачную пластинку со светло-жёлтоватым оттенком.
Выход структурообразователя составляет от 11,0 ± 0,7 до 13,2 ± 0,6 %. Выход
19
структурообразователя при сушке во вспененном состоянии меньше на 1,1 %
чем при сушке в состоянии студня, так как влажность готовой продукции в
данном случае ниже.
Результаты исследования химического состава структурообразователей
показали, что они отличаются высоким содержанием коллагена, варьирующим
от 87,1 до 91,5 % и низким содержанием минеральных веществ, в пределах 0,71,1 % (табл. 3).
Таблица 3 - Химический состав полученных структурообразователей
Наименование
продукта
РКС-С-Щ
РКС-П-Щ
РКС-С-ВП
РКС-П-ВП
Содержание, %
коллагена
жира
(Nк · 5,55)
влаги
11,1 ± 0,5
8,4 ± 0,5
11,2 ± 0,4
6,9 ± 0,4
Безопасность
87,1 ± 0,4
89,9 ± 0,6
87,3 ± 0,4
91,5 ± 0,6
потребления
минеральных
веществ
0,4 ± 0,05
0,3 ± 0,05
0,4 ± 0,05
0,4 ± 0,05
1,1 ± 0,1
1,1 ± 0,1
0,7 ± 0,1
0,8 ± 0,1
структурообразователей
подтверждена
проведенными микробиологическими и токсикологическими исследованиями.
В результате анализа было установлено, что уровень определяемых в них
показателей
не
превышает
величин,
регламентируемых
нормативными
документами для пищевого желатина, и поэтому структурообразователи могут
быть использованы в производстве пищевых продуктов различных назначений.
При
установлении
рассматривались
условий
изменения
факультативно-анаэробных
хранения
количества
структурообразователя
мезофильных
микроорганизмов
и
нами
аэробных
и
желатинразжижающих
бактерий, которые показали, что через 12 месяцев хранения при температуре
20 ± 2 °С, относительной влажности 70 ± 5 %, они меньше установленных норм
для желатина, следовательно полученный структурообразователь при данных
условиях имеет срок хранения 12 месяцев.
Результаты
физико-химических
анализов
показали,
что
по
всем
показателям, полученный структурообразователь соответствует требованиям,
регламентируемым нормативными документациями на пищевой желатин
(ГОСТ 11293-89).
20
Полученный структурообразователь из кожи рыб имеет пониженную
температуру плавления (24-26 °С) по сравнению с желатином животного
происхождения (не менее 30 °С). На наш взгляд, это можно объяснить тем, что
в нём содержание гистидина, фенилаланина, лизина, лейцина ниже и,
следовательно, меньшее число поперечных связей.
Характерной особенностью структурообразователя, полученного при
сушке экстракта во вспененном состоянии, является растворение в холодной
воде без предварительного набухания. Это явление, на наш взгляд, можно
объяснить тонкой дисперсностью и структурой порошков. При взбивании
экстракта до сушки наблюдается явление тиксотропии коллоидных систем.
Представлена
математическая
зависимость
степени
набухания
структурообразователя, полученного при сушке в состоянии студня, в воде при
20 °С. Предельная степень набухания структурообразователя из кожи данных
видов рыб составляет порядка 900 %.
В
пятой
главе
структурообразователя»
«Разработка
рекомендации
по
применению
была установлена возможность использования
структурообразователя в качестве добавки при изготовлении рыбных колбас на
основе сырья Вьетнама. В рецептуре рыбных колбас были внесены разные дозы
структурообразователя от 2 % до 6 % к массе рыбного фарша.
На
основании органолептических и функционально-технологических
исследований была установлена рациональная доза структурообразователя,
которая составила 4 % к массе фарша. С целью улучшения органолептических
показателей и снижения общей микробиальной обсемененности готовой
продукции в рецептуру рыбных колбас вносили 2 % к массе фарша 10 %-ой
вытяжки
из
вьетнамского
лекарственного
растения
(сарджентодокси)
(приготовленной в 40 %-ном водно-спиртовом растворе) и 3 % измельченных
семян лотоса. Опытные образцы рыбных колбас обладают достаточно высокими
органолептическими и физико-химическими показателями, имеют срок хранения
10
суток
при
температуре
(0–6)±1°С,
по
показателям
соответствовали требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01(п. 1.3.3.9).
21
безопасности
Результаты
исследования
также
показали,
что
использование
структурообразователя для осветления вин и соков позволяет улучшить их
органолептические и физико-химические показатели.
Выводы
1.
Разработана
технология
структурообразователя
на
основе
экстракции коллагена из кожи рыб с использованием анолита ЭХА раствора и
сушки экстракта во вспененном состоянии, позволяющая рационально
использовать вторичное сырьё и получать продукты пищевого назначения.
2.
Обоснован
выбор
коллагенсодержащего
сырья
–
кожи
вьетнамского пангасиуса и щуки Волго-Каспийского бассейна и рациональный
способ заготовки, хранения кожи рыб, предусматривающий их зачистку,
промывку водой при температуре не более 20 °С, ополаскивание анолитом
ЭХА раствора с рН 4,0-6,0, центрифугирование, замораживание и хранение при
температуре минус 18 °С не более 6 месяцев.
3.
Обоснованы основные технологические операции предварительной
подготовки кожи рыб. Выявлено влияние анолита ЭХА раствора с рН 4,0-6,0 на
снижение КМАФАнМ в 3,5-4,5 раза при ополаскивании кожи рыб перед
экстракцией.
4.
Установлена возможность использования анолита ЭХА раствора с
рН 2,0-2,5 для экстракции коллагена из кожи рыб. Обоснованы рациональные
параметры двухкратной экстракции: первая экстракция – в течение 3,0 часов при
ГМ 1: 2, температуре 60 оС; вторая экстракция – в течение 1,5 часа при ГМ 1: 1,
температуре 55 оС, способствующие увеличению вязкости экстракта на 16–30 %.
5.
Предложен способ и определены рациональные параметры очистки
экстракта посредством подкисления 0,5 %-ым раствором лимонной кислоты до
рН 5,1 ± 0,1, позволяющий получить экстракт с прозрачностью 80–85 %.
6.
Выявлена высокая пенообразующая способность экстракта с
массовой долей сухих веществ 15–25 %, составившая 375–390 % и стойкость
пенослоя – 15 мин. Установлены рациональные режимы сушки экстракта во
вспененном состоянии конвективным способом: температура 18–22 °С,
относительная влажность воздуха 55–60 %, продолжительность 3–4 часа.
7.
Изучены
показатели
качества
22
и
безопасности
полученных
структурообразователей. Выявлена пониженная температура плавления на
4–6 °С и возможность растворения структурообразователя в воде без набухания
по сравнению с желатином животного происхождения. Установлен режим
хранения: температура 20 ± 2 °С, относительная влажность 70 ± 5 % и срок
хранения – 12 месяцев.
8.
Выявлена возможность использования структурообразователя в
рецептуре рыбных колбас с добавлением структурообразователя из кожи рыб в
количестве 4 % к массе фарша и для осветления соков и вин, что позволяет
улучшить их органолептические и физико-химические показатели.
9.
Экономическая
эффективность
от
внедрения
разработанной
технологии получения структурообразователя подтверждена рентабельностью
продукции 17,4 % и сроком окупаемости производства 2,1 года.
10.
Разработан пакет технической документации: ТУ 9289-001-
00471704-2011 «Мороженая кожа рыб – полуфабрикат» и ТИ к ним, ТУ 9219003-00471704-2011 «Структурообразователь из кожи рыб» и ТИ к ним.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах
Работы, опубликованные в изданиях перечня ВАК
1. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Заготовка, хранение, предварительная подготовка кожи
рыб для дальнейшего использования // Вестник АГТУ. Сер.: Рыбное хозяйство, 2011. – № 1.
– С.116–121. ISSN 2073-55-29.
2. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Разработка оптимальных режимов экстракции коллагена
из отходов рыб Волго-Каспийского бассейна // Известия вузов. Пищевая технология, 2011. –
№ 1(319) – С. 33–36. ISSN 0579-3009.
3. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Физико-химические характеристики желатина из кожи
рыб // Известия вузов. Пищевая технология, 2011. – № 2-3 (320-321).– С.27–29. ISSN 05793009.
4. Цибизова М.Е., Разумовская Р.Г., Као Т.Х., Павлова Г.А. Практические аспекты
получения структурообразователя из отходов рыбного сырья // Вестник АГТУ. Сер.: Рыбное
хозяйство, 2011. – № 1. – С.145–151. ISSN 2073-55-29.
5. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Изучение качества структурообразователя из кожи рыб
Волго-Каспийского бассейна // Техника и технология пищевых производств, 2011. – № 4. –
С.114–119. ISSN 2074-9414.
6. Разумовская Р.Г., Као Т.Х., Молчанова С.В. Разработка технологии приготовления
рыбных колбас с использованием нетрадиционных добавок // Вестник АГТУ. Сер.: Рыбное
хозяйство, 2010. – № 1. – С.136–144. ISSN 2073-55-29.
Работы, опубликованные в других изданиях
7. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Разработка технологии получения желатина из кожи
рыб // Рыбная промышленность, 2011. – № 2. – С. 27–30.
8. Разумовская Р.Г., Као Т.Х. и др. Применение ЭХА-растворов в биотехнологии
продуктов из рыбного и растительного сырья // Вестник АГТУ. Научный журнал, 2011. – №
1. – С. 28–33. ISSN 1812-9498.
9. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Основные направления совершенствования технологии
производства структурообразователя из кожи рыб // Материал второй НПК молодых учёных
23
«Современные проблемы и перспективы изучения рыбохозяйственного комплекса». –
Москва: Изд-во «ВНИРО», 2011. – С. 224–226. ISBN 978-5-85382-405-8.
10. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Новый подход к способу получения медицинского
желатина // Тезис IX межд. конгресса «Мир биотехнологии. Состояние и перспективы
развития», 23–25 марта 2011. – Москва, 2011. – С. 134–135. ISBN 5-7237-0372-2.
11. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Комплексное использование сырья Вьетнама для
получения продуктов лечебно-профилактического назначения / электронный ресурс// Тезисы
докладов Всеросс. отраслевой НК «АГТУ», посвященная 80-летию АГТУ. – Астрахань: Издво «АГТУ». С. 86. 1 СD-диск. - № гос. регистрации 0321101488.
12. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Некоторые аспекты получения натурального
структурообразователя из вторичного рыбного сырья // Материалы межд. НТК
«Современные достижения биотехнологии», г. Ставрополь. М.: НОУ «Образовательный
научно-технический центр молочной промышленности», 2011. – С. 255–257.
13. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Исследование процесса очистки
экстракта в
технологии производства структурообразователя из кожи рыб // Материалы Всеросс.
молодёжной НПК «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». –
Кемерово: Изд-во «Кузбассвузиздат», 2011. – С. 155-159. ISBN 5-230-12948-4.
14. Разумовская Р.Г., Кассамединов А.И., Као Т.Х. Некоторые аспекты применения
ЭХА-воды для повышения качества и безопасности пищевых продуктов // Материал
Всеросс. НПК «Повышение качества и безопасности пищевых продуктов» (7–8 декабря
2010г.). – Махачкала: ГОУ ВПО «ДГТУ», 2010. – С. 31–34. ISBN 5-230-12946-8.
15. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Рациональное использование отходов переработки рыб
Волго-Каспийского бассейна // Материалы межд. НПК «Инновационному развитию АПК –
научное обеспечение», посв. 80-летию Пермской гос. с.- х. акад. им. акад. Д. Н.
Прянишников, 18 ноября 2010г, часть 1. – Пермь: «Пермская ГСХА», 2010. – С. 205–207.
ISBN 978-5-94279-094-3.
16. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Изучение качества желатина, полученного из отходов
рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна и Вьетнама // Материалы межд. НПК
«Молодежь и наука XXI века», том 3. – Ульяновск: «Ульяновская ГСХА», 2010. – С. 28–30.
17. Cao T.H. Study of the quality of gelatin from collagen-containing raw fish material //
Proceedings of IV scientific conference «Science initiative of foreign students and graduate students
of Russian universities, Tomsk. – 2011. – P.393–396.
18. Као Т.Х., Шрамкова Е.В., Разумовская Р.Г. Исследование возможности получения
натуральных сухих белых вин с использованием виноградных выжимок и применением
ихтиожелатина в процессе осветления // Материалы межд. НПК «Олимпиада 2014:
технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания». –
Краснодар, 2009. – С.141–143.
19. Као Т.Х., Разумовская Р.Г. Совершенствование технологии производства
плодовых соков на основе сырья Астраханской области // Материалы Всеросс. НПК молодых
ученых «Инновация и актуальные проблемы техники и технологий», посв. 80-летию СГТУ,
26–29 октября 2010 г, том 1. – Саратов: Изд-во «Сарат. госуд. техн. уни-тет», 2010. – С. 47–
50. ISBN 978-5-7433-2317-3.
Патент и заявка
20. Патент Российской Федерации № 2445354 МПК С12 G1/00 «Способ производства
плодового вина» / Т.Х. Као, В.Е. Струкова, Р.Г. Разумовская. Опубликовано 20.03.2012 Бюл.
№ 8.
21. Заявка № 2010144743/13 (064471). Способ производства желатина /
Р.Г.Разумовская, Т.Х.Као, В.Х.Нгуен; заявитель и патентообладатель АГТУ, заяв.
01.11.2010., получено решение о выдаче патента от 17.01.2012.
24
Документ
Категория
Технические науки
Просмотров
186
Размер файла
806 Кб
Теги
кандидатская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа