Технология приготовления мороженого краба с использованием ультразвуковой обработки Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 664.951.037.5: 639.27

Э.Н. Ким

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ МОРОЖЕНОГО КРАБА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ

Экспериментально установлено влияние интенсивности ультразвуковой обработки конечностей камчатского краба на скорость насыщения мышечной ткани оксидом фосфора. Показано суммарное воздействие ультразвука и полифосфатов на сохранение водоудерживающей способности мышечной ткани конечностей камчатского краба и сохранение в них витамина Bj2 и небелкового азота при тепловой обработке сырья. Установлены рациональные параметры обработки ультразвуком промысловых видов дальневосточного краба при использовании полифосфатов. Разработана и апробирована в производственных условиях технология приготовления мороженого краба с использованием полифосфатов и ультразвука.

Ключевые слова: краб, мышечные ткани, полифосфаты, ультразвук, оксид фосфора, водоудержи-вающая способность, витамины, небелковый азот, выход продукции.

E.N. Kim

TECHNOLOGY OF FROZEN CRAB BASED ON THE USE OF ULTRASONIC TREATMENT

It has been experimentally proved that the effect of ultrasonic processing intensity of Kamchatka crab limbs on the saturation rate of muscle tissue with phosphorus oxide. The total impact of ultrasound and polyphosphates on saving water-holding capacity of limb muscle tissue and also vitamin B12 and nonprotein nitrogen during thermal processing of raw materials is shown. The rational parameters of ultrasonic treatment on king crab species when using polyphosphates are set. Frozen crab technology using polyphosphate and ultrasound is developed and tested under production conditions.

Key words: crab, muscle tissue, polyphosphates, ultrasound, phosphorus oxide, water holding capacity, nonprotein nitrogen, yield.

DOI: 10.17217/2079-0333-2016-38-23-28

Недостаточно обоснованная добыча отдельных объектов промысла в течение длительного периода привела к снижению запасов отдельных объектов промысла в Дальневосточном регионе. К таким объектам относятся дальневосточные крабы, продукция из которых является деликатесной и пользующейся устойчивым спросом как у населения нашей страны, так и за рубежом [1].

Химический состав и структура мышечной ткани краба обуславливают значительные потери межклеточного сока в процессе варки и в итоге приводят к снижению выхода готового продукта и потерям питательных веществ, прежде всего, витаминов и небелкового азота. Для снижения неоправданных потерь при обработке краба используются пищевые добавки, основу которых составляют полифосфаты. Однако наличие панциря обуславливает длительность обработка краба пищевыми добавками, которая достигает нескольких часов [2].

Для интенсификации диффузионных процессов переработки животного и растительного сырья используются различные физические методы; наиболее эффективной для решения указанной проблемы является ультразвуковая обработка, обеспечивающая не только увеличение скорости массообменных процессов, но и решающая в определенной мере проблему угнетения микрофлоры сырья на ранних технологических стадиях [3].

Исходя из этого, целью данной работы являлось обоснование технологии приготовления мороженого краба на основе использования ультразвука при обработке мышечной ткани краба полифосфатами.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- установить зависимость скорости проникновения полифосфатов в мышечную ткань краба от параметров ультразвуковой обработки;

- установить влияние концентрации полифосфатов в мышечной ткани краба на ее водоудерживающую способность;

исследовать влияние водоудерживающей способности мышечной ткани краба на содержание в ней витаминов и небелкового азота;

- разработать и апробировать технологию мороженого краба с использованием полифосфатов и ультразвука (УЗ) в производственных условиях.

Объектом исследований являлись основные виды промысловых крабов: камчатский, синий, краб-стригун опилио, колючий. В качестве полифосфата использовали натрийтриполифосфат.

Концентрацию полифосфатов в мышечной ткани оценивали по содержанию оксида фосфора фотоколориметрическим методом по ГОСТ 53083-2008, определение ВУС и небелкового азота осуществляли по ГОСТ 7636-85, содержание в полуфабрикате витаминов - по ГОСТ Р 50928-96, ГОСТ 25999-83, ГОСТ 24556-89, ГОСТ Р 52741-2007 и ГОСТ Р 50479-93. Относительную биологическую ценность (ОБЦ) определяли на Тв^акутвпа pyriformis [4].

Для интенсификации обработки конечностей краба полифосфатами конечности камчатского краба после разделки помещали в ванны с раствором натрийтриполифосфата различной концентрации (8, 10 и 12%) и обрабатывали УЗ различной интенсивности в течение 10, 20 и 30 мин. Для лучшей проницаемости полифосфатов конечности прокалывали в местах сочленения. Ультразвуковую обработку осуществляли с помощью ультразвукового генератора УЗГИ1-2,5 с пьезоэлектрическим преобразователем, выходной мощностью 2,5 кВт, рабочей частотой колебаний 22 кГц. Интенсивность УЗ варьировали в диапазоне 2-6 Вт/см2, продолжительность - от 10 до 30 мин. Для контроля изготавливали образцы конечностей камчатского краба, обработанные

раствором натрийтриполифосфата, без

се Л

о

о о

се Ч

К £

о

К! К Я се Л н К и Я К о

1,5

1,3

1,1

0,9

0,7

0,5

0,3

0

5

10

15

20

25

30

использования ультразвука.

Результаты исследований показали, что обработка конечностей камчатского краба растворами разной концентрации в выбранном диапазоне при прочих равных условиях практически оказывает незначительное влияние на концентрацию оксида фосфора в мышечной ткани конечностей (рис. 1).

В большей мере скорость насыщения мышечных тканей зависит от интенсивности ультразвука и продолжительности экспозиции конечностей краба в растворах натрийтриполифос-фата. При этом скорость диффузии натрийтриполифосфата при обработке ультразвуком увеличивается в 2-5 раз по сравнению с опытами, в которых ультразвук не использовался.

С физико-химической точки зрения проникновение натрийтриполи-фосфата обусловлено диффузионно-осмотическими процессами. Причиной диффузии является тепловое движение

Продолжительность обработки, мин.

Рис. 1. Концентрация оксида фосфора в мышечных тканях камчатского краба при обработке растворами натрийтриполи-фосфата с концентрацией • - 8 %, ■ - 10 %, ▲ - 12 % и интенсивности ультразвука 1 - 2 Вт/см2; 2 - 4 Вт/см2; 3 - 6Вт/см2, 4 - без ультразвука

частиц, которые перемещаются из зон больших концентраций в зоны меньших концентраций. При этом диффузия пропорциональна градиенту концентрации и времени. Осмос обусловлен наличием полупроницаемых перегородок, например клеточных оболочек. В этом случае наблюдается перемещение растворителя в раствор, например выделение клеточного сока. Под воздействием УЗ уменьшается динамическая вязкость полярных жидкостей; микротрещины и поры, имеющиеся в твердой фазе, разветвляются, увеличиваются их размеры и глубина. Кроме того, обработка жидкости УЗ приводит к турбулизации микропотоков, а затем и срыву вихрей. При возникновении ультразвукового переменного давления (±5*105Па) в жидкости, находящейся в трещине, создаются колебательные тангенциальные смещения микрообъемов жидкости вдоль стенок, которые переходят в однонаправленное движение жидкости. Молекулярная диффузия практически сменяется достаточно быстрым конвективным массопереносом [5, 6].

Обработка экспериментальных данных позволила вывести уравнение, описывающее зависимость ВУС мышечной ткани камчатского краба от интенсивности УЗ, концентрации раствора натрийтриполифосфата и продолжительности обработки:

ВУСУрЗп = -0,43 + 0,02с + 0,027т + 0,133/,

р2О5 ' ' ' '

(1)

где с - концентрация раствора натрийтриполифосфата, %; т - продолжительность обработки мяса краба, мин; /- интенсивность УЗ, Вт/см2.

Насыщение мышечных тканей оксидом фосфора после обработки конечностей камчатского краба УЗ в растворе натрийтриполифосфата с концентрацией 8, 10 и 12% приводит к увеличению ВУС мышечных тканей (рис. 2). Апроксимация экспериментальных данных пока -зала, что концентрация раствора натрий-триполифосфата в растворе практически не оказывает влияния на ВУС мышечной ткани камчатского краба (рис. 1, прямая 1).

При одинаковом содержании оксида фосфора в мышечной ткани камчатского краба ВУС в случае обработки УЗ несколько ниже этого показателя без обработки УЗ. Объясняется это тем, что при прохождении ультразвука даже небольшой интенсивности 1 Вт/см2 в тканях животного происхождения в результате значительных ускорений частиц возникает ряд механических и физико-химических явлений, в первую очередь разрыв фибрилл ткани (при поперечном движении ультразвуковой волны), вследствие чего образуются пустоты. Часть осмотически связанной влаги переходит в механически связанную. Происходит частичное механическое разрушение волокон мышечной и соединительной тканей, создаются благоприятные условия для действия ферментов мяса и ускорения химических процессов в тканях [5, 6].

84

83

82

О

>> 81

т

80

79

78

Л*

1 ♦1/

/ 1 1

А

2

■ /1

£

1} /

Г1

0,3

0,5 0,7 0,9 1,1 1,3

Содержание оксида фосфора, %

Рис. 2. Зависимость ВУС мышечной ткани конечностей камчатского краба, обработанного натрийтриполифосфатом

с использованием УЗ (1) и без использования УЗ (2), при концентрации раствора натрийтриполифосфата 8 (▲), 10 (ч) и 12 (•) %

1,5

Для сравнения на рис. 2 приведены результаты обработки конечностей камчатского краба в растворах полифосфата без использования УЗ (рис. 2, прямая 2).

В целом обработка конечностей камчатского краба ультразвуком незначительно снижает ВУС мышечной ткани по сравнению с образцами, содержащими такое количество оксида фосфора, но не обработанных ультразвуком. Разница ВУС составляет не более чем на 0,5%, что сравнимо с ошибкой эксперимента.

Указанные закономерности влияния концентрации оксида фосфора в мышечной ткани конечностей камчатского краба и обработки ультразвуком на ее водоудерживающую способность формализованы в виде уравнений:

для ВУС после обработки УЗ и натрийтриполифосфатом

ВУСУЗ = 76,57 + 4,737с„

(2)

для ВУС после обработки натрийтриполифосфатом без УЗ

ВУС = 76,77 + 5,299с„

(3)

где сро - содержание оксида фосфора в мышечной ткани конечностей краба после обработки УЗ и натрийтриполифосфатом.

2О5

2О5

Снижение ВУС мышечной ткани приводит к потерям свободной влаги и растворенных в ней питательных веществ - витаминов и азотистых экстрактивных веществ [2, 3]. Обработка конечностей камчатского краба полифосфатами и УЗ приводит к увеличению ВУС мышечных тканей, тем самым обеспечивая снижение потерь питательных веществ. Анализ содержания витамина В12 и НБА в образцах вареного мяса камчатского краба, обработанного натрийтриполифосфатом и УЗ, позволил установить математическую зависимость их содержания от ВУС мышечной ткани:

У = 3,38ВУСУЗ -166,93, (4)

В\2 ем

у = 5,79ВУСУЗ -254,57, (5)

НБА > ем > " 4 /

где ВУСу1 - ВУС мышечной ткани конечностей камчатского краба после обработки ПД и УЗ, варки, замораживания и размораживания, %.

Органолептическая оценка экспериментальных образцов, обработанных ПД и УЗ, после размораживания показала, что при достижении концентрации оксида фосфора 0,8% и выше образцы приобретают неприятные посторонние оттенки запаха и вкуса. Исходя из этого, насыщение мышечной ткани краба должно иметь соответствующие ограничения.

Таким образом, установлено положительное влияние УЗ обработки конечностей камчатского краба. Учитывая близость химического состава и структурно-механических параметров мышечной ткани промысловых видов краба, обработка полифосфатами и УЗ рекомендована для других видов производства мороженого краба из дальневосточных видов.

Для определения рациональных параметров обработки сырья полифосфатами и УЗ в соответствии с математическим планом эксперимента изготавливали ряд образцов мороженой продукции. Интенсивность УЗ составляла 2 Вт/см2, продолжительность - от 10 до 30 мин. В качестве полифосфата использовали пищевую добавку «Пескаплюс 10» фирмы «БК Джулини», основу которой составляет натрийтриполифосфат [3].

Концентрацию раствора пищевой добавки регулировали от 8 до 10%. В качестве параметра оптимизации в эксперименте использовали комплексный показатель качества мороженой продукции, который рассчитывался по формуле:

у=д/П^, (6)

где У] - частный показатель качества в безразмерных величинах; в качестве частных показателей качества использовали суммарную органолептическую оценку образцов мороженой продукции и выход готовой продукции после дефростации, приведенные к безразмерной величине с помощью функции Харрингтона [7].

Зависимость влияния параметров обработки сырья ПД и УЗ на комплексный показатель качества мороженой продукции из дальневосточных видов краба представлена в виде регрессионного уравнения второго порядка:

У = а0 + аХ + а2Х2 + аХг + а^Х^ + а12Х\Х2, (7)

где Х1 - суммарная органолептическая оценка, баллы; Х2 - выход готовой продукции, %; а0, а1, а2, а11, а22, а12 - коэффициенты уравнения регрессии, значения которых представлены в табл. 1.

Значения коэффициентов уравнения для различных видов краба, а также их конечностей, установленные в результате обработки экспериментальных данных, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Коэффициенты уравнения регрессии (7)

Вид краба и вид разделки Значение коэффициентов уравнения

а0 а1 а2 а11 а22 а12

Камчатский краб целый конечности 0,96 0,93 -0,082 -0,102 -0,006 -0,005 -0,217 -0,199 -0,002 -0,001 -0,020 -0,014

Окончание табл. 1

Вид краба и вид разделки Значение коэффициентов уравнения

а0 а1 а2 а11 а22 а12

Синий краб целый конечности 0,95 0,94 -0,040 -0,018 -0,008 -0,004 -0,246 -0,255 -0,002 -0,002 -0,020 -0,026

Краб-стригун опилио целый конечности 0,92 0,92 0,085 0,002 -0,003 -0,005 -0,289 -0,205 -0,001 -0,002 -0,030 -0,025

Математический анализ полученного уравнения (7) с учетом найденных значений коэффициентов позволил определить рациональные параметры технологического процесса (табл. 2).

Таблица 2

Рациональные режимы обработки крабов раствором ПД «Пескаплюс 10» и УЗ

Рациональные режимы Комплексный показатель качества (У)

Вид краба и

вид разделки Концентрация фосфатов в растворе (X!), % Время нахождения сырья в растворе (Х2), мин. расчетный экспериментальный

Камчатский краб

целый 10,0-11,0 17-28 0,800-0,990 0,850-0,990

конечности 11,0-11,5 23-25 0,800-0,990 0,850-0,990

Синий краб целый 11,0-11,5 18-25 0,800-0,990 0,850-0,990

конечности 10,5-11,7 15-25 0,800-0,940 0,850-0,950

Краб-стригун опилио целый 11,0-11,8 13-25 0,800-0,990 0,850-0,990

конечности 11,0-11,5 18-23 0,800-0,980 0,850-0,950

Экспериментальная проверка результатов математического анализа уравнения (7) показала достоверность полученных данных. Комплексный показатель качества образцов продукции, изготовленной при указанных режимах, составлял 0,85-0,99, что соответствует оценке уровня качества «очень хорошо».

Высокая оценка крабовой продукции обусловлена снижением потерь питательных веществ при обработке сырья полифосфатами и ультразвуком. Анализ химического состава мышечной ткани экспериментальных образцов показал, что содержание воды, белка, витамина и небелкового азота составляет:

- для камчатского краба 74,0%, 23,4%, 92,1 мкг/г, 188 мг/%, соответственно;

- для синего краба 73,1%, 24,8%, 89,5 мкг/г, 182 мг/%, соответственно;

- для краба-стригуна опилио 72,6%, 24,8%, 88,5 мкг/г, 183 мг/%, соответственно.

Содержание воды в экспериментальных образцах в целом незначительно превышает значение этого показателя в контрольных образцах, изготовленных по известной технологии без использования пищевых добавок и ультразвука (69,8-73,6%), а содержание белка практически одинаково (23,2-74,9%). В то же время содержание витамина В12 и НБА в экспериментальных образцах заметно выше, чем в контрольных образцах (74,6-87,7 мг/г и 168-174 мг/%, соответственно). Это обусловлено увеличением ВУС мышечной ткани краба при обработке полифосфатами и снижением при варке потерь мышечного сока, содержащего водорастворимые витамины и азотистые экстрактивные вещества, включая свободные аминокислоты и азотистые основания.

Возможное влияние установленного химического состава мяса экспериментальных образцов мороженой продукции из краба, обработанных ПД «Пескаплюс 10» и УЗ, на качество и безопасность готовой продукции оценивали методом биотестирования с использованием реснитчатой инфузории Те1хаЬушепа рупГогш18.

Первичное микроскопическое исследование всех инокулированных проб образцов позволило установить отсутствие каких-либо изменений в морфологии и снижении подвижности инфу-

зорий. Это показывает, что все исследуемые пробы не обладают токсичностью, являются безвредными для инфузорий и пригодны для их активного размножения.

Результаты сравнительной оценки показали, что общая биологическая ценность мяса экспериментальных образцов, полученных при обработке сырья полифосфатами и ультразвуком, по сравнению со стандартом (молоко) составляла 76-86%, что сопоставимо с аналогичной оценкой контрольных образцов (мясо конечностей мороженого краба, изготовленного по известной технологии) 74-86%.

Результаты выполненных исследований были использованы при разработке и утверждении нормативных документов на продукцию из основных промысловых видов дальневосточного краба: стандарты организации ООО «Амуррыбпром» СТО 9265-005-47167641-2016 «Крабы варено-мороженые (Шантарские) и СТО 9265-47167641-004-2016 «Крабы сыромороженые».

В рамках промышленной апробации в условиях береговых производственных участков и плавпредприятий ООО «Амуррыбпром» выпущены партии комплектов конечностей сыро-мороженого краба. Результаты оценки выпущенной продукции дегустационным совещанием и Испытательным центром «Океан» показали соответствие выпущенной продукции требованиям нормативной документации и СанПин 2.3.2.1078-2001.

Литература

1. Яричевская Н.Н., Харенко Е.Н. Анализ пищевой и биологической ценности камчатского краба Охотского и Баренцева морей. - М.: Рыбпром, 2007. - № 3. - С. 44-45.

2. Применение пищевых добавок при производстве варено-мороженых крабов / Э.Н. Ким, О.А. Холоша, Н.А. Порошин и др. // Известия ТИНРО. - 2012. - Т. 169. - С. 255-260.

3. Изменение физико-химических показателей варено-мороженых крабов при различных способах обработки / Н.Н. Яричевская, Е.Н. Харенко, Л. Ф. Бедина // Хранение и переработка сельхозсырья. - № 6. - 2012. - С. 42-44.

4. Модификация метода биологической оценки пищевых продуктов с помощью реснитчатой инфузории тетрахимена пириформис / А.Д. Игнатьев, М.К. Исаев, В.А. Долгов и др. // Вопр. питания. - 1980. - № 2. - С. 70-71.

5. Применение ультразвука высокой интенсивности в промышленности / В.Н. Хмелев, А.Н. Сливин, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.В. Шалуев. - Бийск: Алтайский гос. тех. ун-т, 2010. - 203 с.

6. Семенов И.А., Ульянов Б.А., Кулов Н.Н. Влияние ультразвука на растворение углекислого газа в воде // Теоретические основы химической технологии. - 2011. - Т. 45, № 1. - С. 23-27.

7. Цибизова М.Е., Аверьянова Н.Д. Изучение влияния технологий обработки на показатели качества тестовых масс биокрипсов на основе рыбной белковой массы // Вестник АГТУ: Сер. Рыбное хозяйство. - 2011. - С. 171-178.

Информация об авторе Information about author

Ким Эдуард Николаевич - Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет; 690950, Россия, Владивосток; доктор технических наук, профессор; kiman@mail.ru

Kim Eduard Nikolaevich - Far Eastern State Technical Fisheries University, 690950, Russia, Vladivostok, Doctor of Technical Science; Professor; kiman@mail.ru