CC BY
39
УДК 577.15:594.5
А.В. Перебейнос, Е.А. Воронова, Е.И. Кушнир, Дальрыбвтуз;
Р.В. Романенко, ТГЭУ, Владивосток
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ НОВЫХ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ
Представлены результаты производства рыбной муки. Использование ферментированных рыбных отходов как компонента корма, а также методов математического моделирования позволит улучшить пищевую и биологическую ценность, а также уменьшить затраты энергии на производство.
Для нормальной жизнедеятельности человек должен потреблять не только растительную, но и животную пищу, в то же время значительное количество продуктов им не используется и пригодно на корм определенным видам сельскохозяйственных животных и в аквакультуре рыб. Таким образом, объекты культивирования становятся своеобразными фабриками по трансформированию кормового сырья и отходов в продукты питания. Промышленное сельское хозяйство и аквакультура предполагают высокоэффективное использование кормовых средств.
Для успешного роста животных качество компонентов и сбалансированность по питательной ценности корма должны быть достаточно высокими и отвечать требованиям, разработанным к комбикормам. При этом балансирование рационов по кормовой ценности достигается за счет набора рецептур, исходя из физиологических потребностей выращиваемых видов. Пищевой промышленности, в том числе рыбохозяйственной отрасли, отводится пассивная роль поставщика отдельных кормовых продуктов, сохраненных доступными способами: замораживанием, сушкой, химическим консервированием. В настоящее время отечественная потребность в кормовой продукции не обеспечивается производством.
Следовательно, совершенствование технологии традиционных кормовых продуктов из гидробионтов позволит решить конкретные задачи промышленности в настоящее время, быстро реализовать их на существующем оборудовании.
Целью исследований является научное и экспериментальное обоснование закономерностей регулирования технологии новых и традиционных кормовых продуктов из гидробионтов для изменения их функционально-технологических свойств. Достижение поставленной цели исследований обеспечивается решением следующих задач:
- совершенствование технологии традиционных кормовых продуктов из гидробионтов в условиях производства;
- изучение функционально-технологических свойств кормовой продукции из гидробионтов как компонента комбикормов.
В исследованиях применяли современные методы химических, физических, реологических, биохимических, органолептических, спектральных, спектрофотометрических, хроматографических исследований для определения качества продукции. Усовершенствованные технологии испытывались в производственных условиях.
Исследования проводились с помощью математических методов планирования экспериментов. Описание процесса представляли в виде системы уравнений, связывающих функции отклика с влияющими факторами. При значимости коэффициентов регрессии и адекватности уравнений с доверительной вероятностью 0,95 и 3 степенях свободы по величине коэффициентов и их значению устанавливали влияние факторов на функцию отклика. Для анализа результатов исследований и вывода математических зависимостей использовали компьютерную обработку.
Известные данные о высокой полезности кормовых гидролизатов (автолизатов) из рыбных отходов [1, 3, 4] послужили нам обоснованием для введения в технологическую схему процесса ферментолиза (автолиза) сырья бинарного состава (рыба-водоросль). Содержание в отходах переработки рыбы ее внутренностей, использование неразделанной рыбы создают возможность проведения автопротеолиза за счет содержания в них собственных ферментов.
В связи с изменением видового состава сырья благодаря использованию водорослей, а также введением процесса ферментирования перед нами встал вопрос выбора температуры и продолжительности варки рыбоводорослевой массы.
Работу проводили на модельных системах (МС), состав которых включал минтаевые отходы консервного производства, кормовой мелкий минтай, отходы анфельции агарового производства и ламинариевые отходы консервного производства. Подготовка МС и ферментирование проводились, как описано ранее, режим ферментирования был принят в данном эксперименте следующим: температура 22±2 °С, продолжительность 24 ч. Варку, прессование и высушивание муки осуществляли на лабораторных установках, моделирующих условия работы производственного оборудования (табл. 1).
Таблица 1
Состав МС, % массы смеси
Сырье Номер МС
1 2 3 4 5 6 7 8
Отходы от разделывания минтая 100 50 50 50 -- -- -- --
Ламинария, отходы -- 50 -- 25 -- -- 50 25
производства
Отходы анфельции агарового производства -- -- 50 25 -- 50 -- 25
Минтай неразделанный кормовой мелкий -- -- -- -- 100 50 50 50
Для планирования эксперимента по влиянию технологических параметров варки на выход и качество кормового продукта применялись математические модели. Функции отклика У1, У2, Уз, У4 определяли экспериментально.
Исходя из коэффициентов регрессии и их величины, оценивали эффективность влияния факторов: выход (%) жома или сушенки. Основные характеристики плана эксперимента приведены в табл. 2.
Таблица 2
Планирование эксперимента со смешиванием факторов
Характеристика Факторы Функция отклика У
Х1, мин Х2, °С
Основной уровень 15 75 Выход
Интервал варьирования 5 5 Органолептические и химические показатели
Верхний уровень (+ ) 20 80
Нижний уровень(-) 10 70
В результате проведенных экспериментов и расчетов можно определить лучший вариант приготовления кормового продукта с учетом влияния различных факторов и конкретного состава МС (табл. 3).
Например (табл. 3), если нужно увеличить выход сухого продукта, то это режим для МС-8, где х-\ и хг имеют максимальное значение (20 мин и 80 °С соответственно). Если целесообразнее приготовление жидкого продукта (на основе бульона), то это МС-5, где х-\ -максимально (20 мин), а хг — минимально (70 °С).
Таблица 3
Показатели выхода рыбоводорослевых кормовых средств при различных технологических факторах
№ Закономерности выхода, %
Жом Мука Бульон
МС-1 У = 28,75 + 1,25x1 У = 11,5 + ^ - 0,5x2 У = 57,6 - 0,9x1 - 3,4x2
МС-2 У = 41,25 + 2,5x1 У = 14,0 + 2,5x1 + 0,5x2 У = 55,5 - 2,3x1 - 0,3x2
МС-3 У = 32,88 + 0,375x1 - 0,875x2 у = 14,0 У = 58,0 - 0,5x1 + 0,8x2
МС-4 У = 35,63 -0,625x1 - 0,125x2 У = 14,5 + 0,5x1 - 0,5x2 У = 55,4 + 1,9x1 + 1,4x2
МС-5 У = 27,4 - 0,125x1 + 2,6x2 У = 12,25 + 0,25x1 + 0,25x2 У = 63,0 + 1,9x1 - 6,9x2
МС-6 У = 37 + 0,9x1 У = 16,25 + 1,25x1 + 1,25x2 У = 54,0 + 0,6x1 - 0,1x2
МС-7 У = 37,5 + 1,25x1 - 1,25x2 У = 14,75 - 0,25x1 + 0,25x2 У = 59,0 - 0,3x1 - 3,5x2
МС-8 У = 37,25 - 0,25x1 + 2,25x2 У = 16,75 + 0,25x1 + 2,25x2 У = 57,7 + 2,6x1 - 3,1x2
Дополнительными функциями отклика при изменении температуры и продолжительности варки выбраны качественные характеристики кормовой муки.
Анализ зависимости качества рыбоводорослевой муки разного состава от режима варки показывает (табл. 4), что значения органолептических признаков (цвета и запаха) с изменением температуры и продолжительности процесса в исследованных пределах колеблется незначительно.
Таблица 4
Зависимости показателей качества рыбоводорослевой кормовой муки при приготовлении в различных технологических режимах
№ МС Органолептические, баллы Химические, _%
запах белок липиды
1 У = 4,38 - 0,08х1 - 0,18х2 У = 62,88 - 1,23х1 - 1,48х2 У = 2,10 + 0,10х1 - 0,80х2
2 У = 4,40 - 0,30х1 - 0,40х2 У = 41,67 - 3,78х1 - 4,37х2 У = 1,78 + 0,63х1 + 0,58х2
3 У = 4,68 - 0,18х1 - 0,07х2 У = 30,70 - 1,35х1 - 3,80х2 У = 0,56 + 0,20х1 + 0,10х2
4 У = 4,5 - 0,15х1 - 0,20х2 У = 34,20 - 0,40х1 - 1,20х2 У = 0,95 + 0,55х1 + 0,25х2
5 У = 4,75 - 0,05х1 - 0,20х2 У = 55,93 + 0,02х1 - 0,88х2 У = 2,50 + 1,45х2
6 У = 4,68 - 0,07х1 - 0,13х2 У = 26,75 + 1,28х1 + 3,07х2 У = 1,75 - 1,15х1 - 0,25х2
7 У = 4,70 - 0,05х1 - 0,10х2 У = 31,25 + 3,80х1 + 5,15х2 У = 2,03 - 0,18х1 + 1,17х2
8 У = 4,53 - 0,18х1 - 0,03х2 У = 40,12 + 0,72х1 - 0,28х2 У = 1,63 - 0,38х1 + 0,78х2
При этом наблюдается тенденция к ухудшению цвета с ростом продолжительности варки при 70 °С, которая проявляется более четко при 80 °С. Колебания в оценке запаха также менее значительны при 70 °С, чем при 80 °С варки. Наиболее существенное ухудшение цвета и запаха отмечено в МС-2, где 50 % сырья составляет ламинария, как известно, богатая углеводами, легко подвергающимися видоизменению при термической обработке по реакции Майяра. Сопоставление влияния режима варки на содержание белка в экспериментальных образцах муки проводили для МС, схожих по составу исходного сырья: 15 (рыба); 2-7 (ламинария + рыба); 3-6 (анфельция + рыба) и 4-8 (анфельция + ламинария + рыба). В муке, приготовленной из рыбного сырья, содержание белка практически не изменялось в зависимости от условий варки (МС-1 и -5) в заданных пределах. В МС-2 отмечено снижение белка в муке при увеличении длительности варки, особенно значительное при 80 °С. Ожидаемого подобия в поведении МС-2 и -7 мы не обнаружили. Напротив, в МС-7 содержание белка в муке существенно увеличивалось с ростом продолжительности варки при обоих температурных режимах. Здесь влияние могло оказать только различие в рыбном сырье (МС-2 кроме ламинарии включает рыбные отходы, МС-7 - целую неразделанную рыбу), ведущее к формированию
различных структурно-механических свойств рыбоводорослевой массы в связи с различной степенью гидролиза белков при ферментировании и характером белков целой рыбы и отходов ее. Подобные сходство и различие наблюдаются и при анализе влияния режима варки на содержание белка в муке для МС-3 и -6, вместо ламинарии используют анфельцию. МС-4 и -8 повторяют поведение МС-3. Таким образом, можно сделать вывод о незначительном влиянии продолжительности варки при 70 °С ферментированного сырья на количество белка в муке, которое отличается при варке в течение 20 мин примерно на ±2 %. Исключение составляют МС-3 и -4, где это различие увеличивается до 5-10 % в сторону снижения доли белка. При температуре варки 80 °С с увеличением ее продолжительности изменение содержания белка в муке колеблется от 2 до 17 %, при этом его количество для некоторых МС растет, для других падает.
Результаты по исследованию условий варки показывают, что продукты получены в различном количестве и с неодинаковыми показателями. Для конкретных примеров с помощью компьютера нами получены и разработаны данные, позволяющие определить выход продукции в зависимости от режима варки для условий изменения температуры с интервалом в 1 °С и продолжительностью в 1 мин (рисунок).
Таким образом, в зависимости от вида цельного продукта и состава исходного сырья при исследованных температурах варки в пределах 70-80 °С и продолжительности от 10 до 20 мин можно получать кормовые продукты с различным выходом и качеством.
МС-1 МС-2
Расчетный выход кормовой муки (ось 7), %, в зависимости от температуры (ось Х) и продолжительности варки (ось У) (МС 1-8)
Библиографический список
1. Ершов, А.М. Технология рыбы и рыбных продуктов: учебник для вузов / В.В. Баранов, И.Э. Бражная, В.А. Граховский и др. / Под ред. А.М. Ершова. СПб.: ГИОРД, 2006. 944 с.
2. Мисаковский А.А., Перебейнос А.В. Разработка экологизированных технологий обработки объектов аквакультуры с применением логистики и компьютерного моделирования // Приморские зори-2007. Владивосток: ДВГТУ, 2007. С. 134-136.
3. Перебейнос А.В., Мисаковский А.А. Моделирование предприятий по переработке гидробионтов. М.; Владивосток, 2008. 84 с.
4. Саутин С.Н., Пунин А.Е. Мир компьютеров и химическая технология. Л.: Химия, 1991. 144 с.
5. Слуцкая Т.Н. Биотрансформация отходов с целью получения функциональной пищевой продукции из кукумарии / Т.Н. Слуцкая, Г.Н. Тимчишина, А.Е. Карлина // Современное состояние водных биоресурсов: матер. науч. конф., посвящ. 70-летию С.М. Коновалова. Владивосток: ТИНРО-Центр, 2008. С. 933-935.
6. Слуцкая Т.Н. Биохимические аспекты регулирования протеолиза: моногр.
7. Слуцкая Т.Н. Регулирование автопротеолиза при производстве продукции из гидробионтов. Владивосток: ТИНРО-Центр, 1997. С. 20.
8. Щербина М.А., Гамыгин Е.А. Кормление рыб в пресноводной аквакультуре: учеб. пособие для профильных вузов. М.: ВНИРО, 2006. 360 с.
9. Ensminger M. E., Audrey H. Ensminger, James E. Konlande, John R. Robson Foods and Nutrition Encyclopedia: Second. EditionCRC Press 1993. 2414 p.
10. Frederick J.F. Wiley Encyclopedia of Food Science and Technology. Wiley. 2000. 2768 p.
11. Pillay T.V., Kutty M.N. Aquacultyre: principles and practices. Blackwell Publishing, 2005. 624 p.
