Применение статистических методов для определения рациональных параметров процесса холодного копчения рыбной продукции Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

■■И" .... -6,2001

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, №5-6, 2001

77

(22)

664.931.3

(23) и его

. (24)

ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОГО КОПЧЕНИЯ РЫБНОЙ ПРОДУКЦИИ

А.Н. ОСТРИКОВ, А.А. ШЕВЦОВ, Ю.А. ДМИТРИЕВ

Воронежская государственная технологическая академия

Копчение — сложный процесс тепло- и массо-обмена, в ходе которого происходят потеря влаги тканями рыбы, осаждение дыма на ее поверхности, диффузия компонентов дыма в глубь тела рыбы, денатурация белков и другие биохимические изменения.

Основными факторами, определяющими характер процесса копчения, являются химический состав, влажность и концентрация компонентов коптильного дыма, разность парциальных давлений дыма на поверхности рыбы и в окружающей среде, градиент влагосодержания в рыбе. Характер и глубина изменений и их рлияние на качество продукции зависят от режима процесса копчения и его длительности.

Цель работы -— определение рациональной области параметров процесса холодного копчения рыбной продукции. Опыты проводили со скумбрией, сельдью, горбушей, путассу, мойвой и лещом после их соления и подсушки.

Соление осуществлялось в заннах емкостью 2,3 м3 при среднем расходе солк 200-250 кг на 1 т рыбы. Посол рыбы при холодном копчении применялся для придания ей вкуса и увеличения стойкости продукции при хранении. В результате посола ингибируются ферментативные реакции и нарушается жизнедеятельность микроорганизмов. Посол заканчивали, когда содержание соли достигало 8-12%.

После соления рыбу промывали в воде, подаваемой проточным способом. Средняя продолжительность отмочки рыбы колебалась от 1,5 до 3,5 ч. Содержание соли в отмоченном полуфабрикате должно составлять 5-8%.

Перед холодным копчением рыбы осуществляли ее подсушивание. Подсушку проводили в коптильной камере с принудительной циркуляцией воздуха.

Исследование процесса холодного копчения рыбы осуществляли в следующих диапазонах изменения режимных параметров: температура коптильного дыма 291-303 К, скорость коптильного дыма 0,2-1,0 м/с, относительная влажность коптильного дыма 40-60%, плотность распределения рыбы в рабочем объеме коптильной камеры 30—50 кг/м3, характеристический размер рыбы — в качестве его принято отношение длины рыбы к ее толщине — 3,0-5,0.

Для исследования взаимодействия различных факторов, влияющих на процесс холодного копчения рыбной продукции, были применены математические методы планирования эксперимента [1, 2]. В качестве основных факторов были выбраны:

х, — температура коптильного дыма на входе в коптильную камеру, К; х2 — скорость движения коптильного дыма на входе в коптильную камеру, м/с; Хо — относительная влажность коптильного дыма, %; х4 — плотность распределения рыбы на прутках в рабочем объеме коптильной камеры,

кг/к

— характеристический размер рыбы.

Пределы изменения исследуемых факторов приведены в таблице.

Таблица

Условия планирования

*3. %

Ч

Основной уровень 297 0,6 50 40 4,0

Интервал варьирования 3,0 0,2 5,0 5,0 0,5

Верхний уровень 300 0,8 55 45 4,5

Нижний » 294 0,4 45 35 3,5

Верхняя ’’звездная точка” 303 1,0 60 50 5,0

Нижняя » 29 і 0,2 40 30 3,0

Были выбраны критерии оценки влияния различных факторов на процесс холодного копчения рыбы, исходя из их наибольшей значимости: у1 — удельные энергозатраты на процесс копчения (кДж/кг) — определяют энергоемкость процесса и являются важнейшим показателем в оценке его энергетической эффективности, у2 — интенсивность испарения влаги (влагонапряжение объема коптильной камеры по испаренной влаге, кг/(м3,ч) — определяет производительность процесса копчения и напрямую связана с его скоростью, у3 — концентрация коптильного дыма на выходе из коптильной камеры (ед. оптич. плотности) — определяет процесс проникновения (диффузии) составляющих компонент коптильного дыма по объему рыбы через ее поверхность и отражает качественные показатели готовой продукции.

Для исследования применили центральное композиционное ротатабельное униформпланирова-ние, был выбран полный факторный эксперимент 25-1 [50] с дробной репликой х5 - х,х2х3х4 [1, 2].

В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие данный процесс под влиянием исследуемых факторов:

= 1818,346 + 106.412 х, + 493,752 х„ +

109,350 Хг +

и

+ 93,454 х3 + 44,300 х + 29,881

+ 16,193 х,х5 + 23,09-4 х2х, + 21,007

х,х2 + 6,932 х,х3 + 13,294 х,х4

+ 39,156 х2хь + 12,806 х3х4 + 15,057 х3х5 + + 5,419 х4х5 + 15,794 х,2 + 127,719 х2~ + + 5,557 х32 + 303,181 х4 +

+ 5,056 хъ“, кДж/кг; (1)

у2 = 0,704 + 0,024 х, + 0,063 х2 - 0,017 х3 +

+ 0,052 х4 + 0,046 хь + 0,001 х,х2 -

- 0,002 х{х4 + 0,001 х,х5 - 0,001 х2х3 +

+ 0,003 х2х4 + 0,003 х2х5 - 0,001 х3х4 -

- 0,001 х3х5 + 0,014 х4х5 + 0,015 х,2 -

- 0,038 х2 - 0,003 х3 - 0,027 х“ -

- 0,020 х52, кг/(м3-ч); (2)

у3 = 0,426 - 0,043 X! + 0,017 х2 - 0,021 х3 -

- 0,070 х4 - 0,076 х5 + 0,001 х,х2 + 0,002 х,х3 -

- 0,007 х,х4 - 0,007 х,х5 + 0,001 х2х3 -

- 0,003 х2х4 - 0,003 х2х5 + 0,004 х3х4 +

+ 0,004 х3хл - 0,014 х4х5 + 0,008 х,2 -

- 0,002 х22 - 0,008 х32 - 0,006 х42 -

- 0,015 х5‘, ед. опт. пл. (3)

Анализ уравнений регрессии (1)-(3) позволяет

выделить факторы, максимально влияющие на рассматриваемый процесс. На удельные энергозатраты наибольшее влияние оказывает скорость движения коптильного дыма на входе в коптильную камеру, наименьшее — плотность распределения коптильной рыбы на прутиках в рабочем объеме коптильной камеры. На интенсивность испарения максимальное влияние также оказывает скорость движения коптильного дыма на входе в коптильную камеру, в меньшей степени — относительная влажность коптильного дыма. Наибольшее влияние на концентрацию коптильного дыма на выходе из коптильной камеры оказывает характеристический размер рыбы, наименьшее — скорость движения коптильного дыма.

Таким образом, в результате выполнения 32 опытов получена информация о влиянии факторов и построена математическая модель процесса, позволяющая рассчитать удельные энергозатраты, интенсивность испарения, концентрацию коптильного дыма на выходе из коптильной камеры внутри выбранных интервалов варьирования входных факторов.

Задача оптимизации сформулирована следующим образом: найти такие режимы работы коптильной камеры, которые в широком диапазоне изменения входных параметров коптильного дыма способствовали бы минимуму удельных энергозатрат и концентрации коптильного дыма на выходе из коптильной камеры, максимуму интенсивности испарения. Общая математическая постановка задачи оптимизации представлена в виде следующей модели:

9 = У2>

О : г/Дх,, х2, х3, х4 х5) —нтлп;

у2\х^, х2, х3, х4, х5) Р-гпах,

У:}(х1, х2, х3, х4, хъ)-—-{ер—ьтт;

у, >0; / = ГЗ; х. <[-2; 2], / = Г5. (4)

Введем предположение, что полученные уравнения регрессии (1)—(3) описывают некоторые поверхности в многомерном пространстве, а по ко-

эффициентам канонической формы установим, к какому виду тел относятся эти поверхности.

Координаты центра х1з находили из системы уравнений, полученных в результате дифференцирования уравнений регрессии (1)-(3) по х,, х„, х3, х4,х5, и приравнивая производные к нулю [2]. Зная координаты центра хи, по уравнениям (1)—(3) определили соответствующие им значения параметров оптимизации уи.

Рис., 1

Характер изменения критериев оптимизации у1? у2 и у3 относительно параметров хАТ) и х3(<р)(хъУ = 0,6 м/с; х.:а = 40, кг/м3; хЛ/а - 4,0), х2(ь) и х4(а)(х.:Т = 297 К; х3:<р - 50%; хъ:1/й = =4,0), х{(Т) и х2(и)(х3.1р - 40%; = 40%; хъ\1/(1=

= 4,0) приведен соответственно на рис. 1, 2, 3, которые несут смысл номограмм и представляют практический интерес для инженерных расчетов. Для проверки правильности полученных результатов был поставлен ряд параллельных экспериментов, результаты попадали в рассчитанные дове-

І

-6,2001

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, №5-6, 2001

79

вим, к [.

істемьі

ренци-

(у • X/ о 1

]. сіная 1)-(3) і пара-

рительные интервалы по всем критериям качества. Пси этом среднеквадратичная ошибка не превышала 2,6%.

Таким образом, решение задачи с векторным критерием оптимизации осуществляется в два этапа: выделение области компромиссов (решений, оптимальных по Парето) и дальнейшее ее сужение на основе некоторой схемы компромисса. Окончательный выбор решения осуществлялся исходя из физического смысла исследуемого процесса в об-

ний выходных факторов.

ласті*

гимальных

о и О и о

выводы

1. В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс холодного копчения рыбной продукции.

2. Получена информация о влиянии факторов и определены такие технологические режимы, которые бы обеспечивали минимум удельных энергозатрат, максимум интенсивности испарения и минимум концентрации коптильного дыма на выходе из коптильной камеры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Грачев Ю.П., Тубольцев А.К., Тубольцев В.К. Моделирование и оптимизация тепло- и массообменных процессов пищевых производств. — М.: Легкая и пищевая ппом-сть, 1984. — 216 с.

2. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. — М.: Высш. школа, 1982. — 224 с.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 06,04.01 г.

ации и., (Т) ' к = 4,0),

■и й =

хс\1/<1= " 2, 3,

тавляют

ЇСЧЄТОВ.

резуль-жспери-ые дове-

664.951.037.5:546

СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В МОРОЖЕНОЙ РЫБЕ РАЗЛИЧНЫХ ПОРОД

И.А. ПАЛАГИНА, Г.И. КАСЬЯНОВ, Т.С. ШАМАНОВА

Астраханский государственный технический университет Кубанский государственный технологический университет Астраханский центр стандартизации, метрологии и сертификации

Сертификация пищевых продуктов позволяет не только контролировать качество выпускаемых предприятиями изделий, но и совершенствовать технологические процессы на всех этапах производства [1-3].

Контроль качества пищевой рыбной продукции в технологическом процессе более эффективен, чем контроль качества конечной продукции. Но и последний позволяет сформулировать некоторые рекомендации для предприятия.

Проведенный нами анализ документальных материалов по сертификации мороженой рыбной продукции на Астраханском рыбокомбинате в 1994-1995 гг. показал интересные результаты. Анализировали содержание токсичных элементов (микроэлементов): цинка, меди, свинца, кадмия, ртути, мышьяка в рыбе различных пород, замороженной весной и осенью 1995 г. и осенью 1994 г. и 1995 г.

Документальные данные сезонного изменения меди в мороженой рыбе различных пород показали, что большая часть исследуемых рыб содержит и весной, и осенью меди почти в 5 раз меньше допустимого уровня. Несколько большие количества меди зафиксированы у линя и синца, замороженных осенью, а чехонь весной содержала медь на уровне допустимого показателя — 10 мг/кг.

Известно [4], что окисление органических соединений в процессе обмена веществ немыслимо без меди. Она обнаружена в составе эритроцитов. По результатам сертификации можно давать рекомендации по использованию такой рыбы, как весенняя чехонь, в качестве добавки в пищевые продукты, содержащие небольшие количества меди. Тогда не нужно будет составлять различные "ароматные составы” с цинком и медью [5].

Содержание меди в некоторых породах мороженой рыбы в течение года практически оставалось

на одном уровне — около 1,5 мг/кг. Исключение составляла стерлядь, в которой осенью 1994 г. обнаружено меди почти в 2 раза больше, чем в других породах рыб.

Данные по сезонному изменению количества цинка в мороженой рыбе свидетельствуют, что чехонь содержала весной не только медь, но и цинк на уровне предельных значений — 40 мг/кг. Значительные количества цинка содержались и в осенней стерляди — 33 мг/кг.

Так как цинк принимает участие в работе более 120 ферментов [4], можно рекомендовать такую рыбу в качестве пищевого продукта для больных, страдающих дефицитом этого элемента.

Осенние жерех, сазан, судак, карась также содержат значительные количества цинка: примерно половину от допустимого уровня. В остальных породах рыб его в 3,5-8 раз меньше допустимого уровня.

Анализ изменения количества цинка в мороженой рыбе различных пород свидетельствует, что в течение года во всей исследованной рыбе увеличилось содержание его в 1,5:—4 раза.

Данные по сезонному изменению количества свинца показали, что осенние сом, щука, вобла, синец, тарань, карась, красноперка, сельдь содержали в 1,2-3 раза больше свинца, чем весенние образцы рыбы. Весной 1995 г. чехонь содержала свинец на уровне допустимого показателя — 1 мг/кг. Близки к ней линь и тарань — 0,8 мг/кг. Эти результаты могут свидетельствовать о нарушении экологического режима по количеству свинца в местах обитания рыбы. Либо с аэрозолем, либо с водой свинец поступал в водоемы летом 1995 г, и к осени наблюдалось накопление его в отдельных породах рыб.

Изучение содержания этого металла в рыбах в течение года свидетельствует, что карп и сельдь аккумулировали его в 32,5-6 раз больше осенью 1995 г. по сравнению с осенью 1994 г. Стерлядь, видимо, не адсорбирует свинец.

Кадмия во всех породах мороженой рыбы содержится в 10-20 раз меньше допустимого уровня. В