CC BY
48
637.514.7:621.926
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ВЫВАРЕННОЙ КОСТИ
М. И. БЕЛЯЕВ, В. С. ШЕЛКОВСКИЙ, А. А. ПРОСТАКОВ, А. Н. БЫКОВ
Харьковский институт общественного питания
. Создание новых энергосберегающих безотходных технологий переработки костного сырья в высококачественную кормовую пасту является актуальной задачей [1]. Известные способы получения кормового продукта из кости имеют ряд существенных недостатков. В первую очередь это связано с многостадийностью процессов переработки, высокой энергоемкостью оборудования и значительным снижением питательной ценности готового продукта по сравнению с исходным сырьем.
Одним из перспективных способов переработки вываренной кости является низкотемпературное измельчение. Для выяснения основных физико-химических процессов, происходящих с этим видом сырья при термомеханическом воздействии, необходимо знать химический состав, прочностные и теплофизические характеристики. В связи с этим мы определяли предельное напряжение сжатия, теплоемкость вываренной кости цыплят в широком температурном интервале и химический состав костной пасты, полученной после криоизмельчения. В качестве хладоагента использовали жидкий азот.
Известно, что значительное уменьшение энергозатрат при низкотемпературном диспергировании термопластичных и термолабильных материалов связано с переводом их в хрупкое состояние. При этом практически вся энергия идет не на разогрев, а на собственно измельчение — создание новых поверхностей частиц [2, 3]. С точки зрения механизма измельчения материалов в хрупком состоянии [4] и выбора эффективных типов воздействия мелющих тел на сырье, наиболее информативны характеристики предельного напряжения сжатия и сдвига. С этой целью были измерены значения предельного напряжения сжатия ст сырой и вываренной бедренной кости цыплят при температуре / 20 и —196° С. Химический состав и влажность образцов кости соответствовали данным [5].
Структурно-механические свойства вываренной кости цыплят были изучены ранее [6].
Образцы испытывали пятикратно на универсальной машине для изучения пластичности и прочности материалов МДК-025. Нагрузку измеряли динамометром; через тензодатчики получали сигнал, соответствующий величине деформации, фиксируемый на самописце; скорость нагружения составляла 0,8 мм/мин. Для измерения ст при —196° С образцы помещали
непосредственно в жидкий азот. Экспериментальные данные приведены в табл.1.
Таблица /
Образец кости цыплят Предельное напряжение сжатия кости, МПа
сырой при (, °С вываренной при (, ° С
20 —196 20 —196
58,06 10,30 94,80 5,06
л 49,86 6,42 106,24 7,16
$ 5!,84 4,15 95,21 7,69
4 49,20 7,66 92,76 7,69
;| 38,96 7,11 77,64 6,94
Из анализа результатов следует, что при замораживании вываренной кости до —196° С происходит уменьшение прочностных свойств (ст) в 13,5 раз и для сырой — в 7 раз. Почти в 2 раза меньшее изменение прочности сырой кости по сравнению с вываренной, по-види-мому, можно объяснить значительной деструкцией белковой компоненты и деминерализацией костного матрикса, а также общим уменьшением плотности костной ткани [5] после высокотемпературного воздействия. Существенное изменение прочностных свойств вываренной кости при воздействии низких температур указывает на перспективность применения криогенных технологий для переработки такого вида сырья со значительно уменьшенными энергозатратами.
Одной из важных теплофизических характеристик костного сырья, знание которой необходимо при выборе рациональных температурных режимов в процессе термической обработки, является удельная теплоемкость и ее зависимость от температуры.
Температурную зависимость удельной теплоемкости Ср(/) в интервале от —150 до 50° С исследовали на дифференциальном сканирующем микрокалориметре ДСМ-2. Для опытов использовали измельченные до размеров частиц 0,5—1 мм образцы вываренной кости цыплят с влажностью № 10 и 40% и массой 3 г.
Температурные зависимости Ср(() измеряли на этапе отогрева со скоростью 0,6 град/мин при предварительном быстром замораживании образцов непосредственно в жидком азоте до —196° С. Измеренная зависимость Ср(1) вываренной кости при 'У/ = 40% приведена на рисунке.
I
М.7:621.926
,:перимен-
Таблица I
^ие сжатия
[-------------
Уваренной
рри /, 0 С
-196
Л 5,06 И 7,16 ,21 7,69
,76 7,69
64 6,94
гг, что при цо —196° С ых свойств раз. Почти гости сырой й, по-види-юй деструк-:рализацией м уменьше-после высо-^щественное вываренной іератур ука-:іения крио-■1 такого винными энер-
їих характе-орой необ-'емператур-уской обра-
I кость и ее
ьной теплого до 50° С рм сканиру-Для опытов азмеров час-й кости цып-массой 3 г. т измеряли б град/мин іораживании ;ом азоте до ь Ср{() вывалена на ри-
Сравнение зависимости Ср {() в диапазоне О +50° С с имеющимися экспериментальными данными зависимости Ср(1) для свежей кости с ]\У = 15,8% в диапазоне 0 +80° С [7] указывает на их качественное соответствие, что определяется однотипностью основных физикохимических и структурных характеристик исследуемых образцов кости.
Заметным отличием для образца вываренной кости с № = 40% являлось появление на кривой Ср({) мощного пика теплопоглощения I (см. рисунок) вблизи 0° С, соответствующего плавлению на этапе подогрева свободной и слабосвязанной воды, находящейся в пористой структуре костного материала. Характерно, что на кривой СР(() для вываренной кости с
IV = 10% этот пик отсутствовал. Заметно меньшая ширина пика II (/ = 13° С) по сравнению с сырой костью [7] соответствует плавлению низкомолекулярной части органической компоненты вываренной кости, которая образуется в костном материале после тепловой обработки в результате частичного гидролиза, денатурации и вымывания жиробелковой компоненты. В то же время начало интенсивного фазового перехода III на кривой Ср(/) вблизи 30° С совпадает с [7] даже количественно. По-видимому, он соответствует плавлению в костном матриксе более высокомолекулярных соединений.
Особый интерес в связи с проблемой низкотемпературной переработки кости имеет ход зависимости Ср(() в области отрицательных температур. Начиная от —150° С вплоть до —55° С особенности на термограмме отсутствуют (см. рисунок). Однако в диапазоне от —55 до —35° С на кривой теплоемкости появляется скачок со средней точкой перехода —45° С.
Очевидно, в указанном интервале на этапе отогрева образца происходит расстеклование, имеющее характер релаксационного кооперативного процесса. Для образца с меньшей влажностью (№=10%) область молекулярной подвижности водно-органической компоненты кости смещается в высокотемпературную часть термограммы с началом процесса расстеклования при —40° С и средней точки перехода —27° С.
Таким образом, исходя из приведенных экс-
7 Заказ 052
периментальных данных по температурной зависимости теплоемкости, можно полагать, что низкотемйературное измельчение вываренной кости с характерной влажностью порядка 40% целесообразно проводить при температуре, по крайней мере, не выше —55° С для поддержания охрупченного состояния сырья и предотвращения диффузного залечивания микротрещин и дефектов в структуре кости, образующихся при термомеханическом воздействии на измельчаемый материал. Отметим важность выбора рациональных температурных режимов криогенного измельчения, позволяющих резко снижать энергозатраты, о чем свидетельствуют опытные данные по низкотемпературному измельчению мышечной ткани [8]. Из них следует, что повышение температуры измельчения на 30—50° С приводит к росту энергозатрат в 3—4 раза при уменьшении степени дисперсности более чем в 2 раза.
Кроме значительного снижения энергозатрат при низкотемпературной переработке костного сырья в кормовую пасту, данный способ также позволяет исключить высокотемпературный разогрев и термодеструкцию измельчаемого материала. В результате этого конечный продукт переработки обладает высокой питательной ценностью. Для выяснения сохранности исходного качества сырья после криоизмельчения был определен химический состав кормовой пасты из вываренной кости цыплят.
Образец для анализа получен на экспериментальной вибрационно-шаровой мельнице. Предварительно грубоизмельченную кость бы-
стро охлаждали в жидком азоте до —196° С и проводили тонкое измельчение в парах азота и температуре среды от —90 до —70° С. Размораживание измельченного продукта происходило на воздухе. Конечные размеры частиц пасты в наших экспериментах не превышали 100 мкм аналогично результатам [9].
Данные по химическому составу пасты из вываренной кости цыплят приведены в табл. 2.
Таблица 2
Химический состав
Образец СВ V протеин жир зола каль- ций фос- фор
% мг %
Костная паста 48,95 20,54 7,58 20,83 6,36 3,47
Выварен- ная кость [5] • 49,81 22,80 9,95 17,06 5,48 2,81
Анализ данных табл. 2 свидетельствует, что заметного ухудшения качества пасты по сравнению с исходным сырьем практически не происходит, и полученный кормовой продукт может являться ценной пищевой добавкой в рационе кормления животных. В частности, содержание белковых веществ в основном остается неизменным. Высок также процентный состав минеральных веществ. Некоторое уменьшение содержания жира в кормовой пасте по сравнению с исходным сырьем, по-видимому, произошло на этапе размораживания измельченного материала на воздухе.
Это может быть связано с тем, что в продуктах низкотемпературной механодеструкции происходит фиксация и накопление свободных радикалов [11], которые на этапе размораживания с большей скоростью рекомбинируют при контакте с атмосферным кислородом. По-видимому, жировая компонента кости в наибольшей степени подвержена процессам гидролиза и окисления с последующими глубокими химическими превращениями. Поэтому размораживание и упаковку готового продукта необходимо проводить так же, как и сам процесс
измельчения в инертной среде газообразного азота без контакта с атмосферным кислородом. Это будет гарантировать практически полную сохранность ценных питательных веществ по сравнению с исходным сырьем, низкую обсе-мененность микроорганизмами и длительный срок хранения кормовой пасты.
ВЫВОД
Проведенные исследования прочностных свойств вываренной кости при низких температурах и температурной зависимости удельной теплоемкости в широком диапазоне показывают перспективность применения криогенной переработки кости в кормовую пасту с существенным снижением энергозатрат.
ЛИТЕРАТУРА
1. Файвишевский М. Л. Переработка пищевой кости.— М.: Агропромиздат, 1986.
2. Третьяков Ю. Д., Олейников Н. Н., М о -ж а е в А. П. Основы криохимической технологии.— М.: Высшая школа, 1987.— 143 с.
3. В е р к и н Б. И., Зиновьев М. В., Повет я -ный Л. В. и др. Криогенное измельчение фармацевтических и пищевых продуктов.— Харьков, 1985.— 25 с. (Препринт/АН УССР: ФТИНТ, № 1—85).
4. X о д а к о в Г. С. Физика измельчения.— М.: Наука. 1972,— 307 с.
5. Б е л я е в М. И., Быков А. Н. Химический состав и плотность вываренной кости // Мясная индустрия СССР,— 1987,— № 8.— С. 46—47.
6. Беляев М. И., Быков А. Н. Исследование структурно-механических свойств вываренной кости ЯС Мясная индустрия СССР.— 1987.— № 12.— С. 33—36.
7. Л а т ы ш е в В. П., Файвишевский М. Л., Мартынов О. А., И в а н о в В. Е. Исследование изобарной удельной теплоемкости говяжьей кости // Мясная индустрия СССР.— 1983.— № 12.— С. 32—34.
8. Орловский В. М. Основные направления промышленного использования криоизмельчения.— М.:
ЦНИИТЭИмясомолпрома, 1978.— 31 с. (Обзорн. информ. сер. Молочная пром-сть).
9. Большаков А. С., Буслаева Т. П., Ху-дайбердиев А. Ю., Бондаренко С. Я., Аграновский В. 3. Микроструктура костных препаратов// Изв. вузов. Пищевая технология.— 1987.— № 4.— С. 42.
10. Дубинская А. М. Свободные радикалы, возникающие при механической деструкции полипептидов // Высокомол. соединения.— 1984.— 26.— № 8.— С. 1665.
11. Соловьев М. Е., Захаров Н. Д. Изменение физико-химических свойств полимеров при измельчении // Изв. вузов. Химия и хим. технология.— 1985.— 28.— № 7,— С. 3—11.
Кафедра оборудования предприятий
общественного питания Поступила 16.12.88.
636.085.55
МЯСОРАСТИТЕЛЬНАЯ МУКА — НОВЫЙ КОМПОНЕНТ КОМБИКОРМОВ
Е. В. СОЛОВЬЕВА, О. С. ВАСЮКОВА, А. Г. ЩЕРБАКОВА, А. А. ПОПОВА Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт
Недостаток белоксодержащего сырья живот- иска новых кормовых средств, богатых животного происхождения и необходимость увели- ным белком.
чения производства комбикормов требуют по- На ветеринарно-санитарных утилизационных
