CC BY
23
664.951.3.001.24
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ИЗ ВЫБРОСОВ КОПТИЛЬНЫХ КАМЕР ЖИДКИХ КОПТИЛЬНЫХ СРЕД И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЯХ РЫБНЫХ ПРОДУКТОВ
О.Я. МЕЗЕНОВА
Калининградский государственный технический университет
Бездымное копчение — наиболее перспективное направление в коптильном производстве рыбы, позволяющее реализовать принципы безотходно-сти, управляемости и экологичности. Рациональнее его организовывать на базе жидких коптильных сред нового поколения, получаемых из выбросов коптильных камер, которые имеют характеристики, аналогичные по качественному составу коптильному дыму.
Разработка бездымных технологий рыбных продуктов должна базироваться на теоретических зависимостях, установленных на основных этапах формирования качества копченой рыбы.
Цель работы — получение основных зависимостей в технологиях бездымного копчения рыбы и обоснование критериальных показателей направления сырья в обработку. Для этого предложена модель формирования качества рыбы бездымного копчения, учитывающая факторы коптильной среды, рыбы и их взаимодействия.
Основными процессами в части собственно копчения являются: получение коптильной среды на базе водного конденсата; массообмен (диффузия, сорбция, в том числе хемосорбция); формирование эффектов копчения (цвет, аромат, вкус).
Методически организация исследований была сведена к модельным экспериментам на основных этапах собственно копчения.
Объектами исследования служили модельные ’’колбаски” из фарша трески в различных оболочках (натуральные, искусственные).
Проникновение коптильных компонентов в образцы определяли по бумажной хроматографии с 2,6-дихлорхинонхлоримидом [1], активность тканевых ферментов — по удельному приросту количества продуктов гидролиза белка, активность компонентов коптильного препарата — расчетным методом на основе их химической формулы, химический состав продукта — стандартными методами, эффекты копчения — по 5-балльной органолептической шкале, цвет мяса копченостей — спектрофотометрическим методом [2].
Изучение процесса получения жидких коптильных сред на базе водных конденсатов вели по литературным данным [3].
Анализ состава конденсатов лиственных пород древесины, выкопченных из них продуктов [3], механизма эффектов копчения, показателей ключевых компонентов [3, 4] (индекса ароматичности, водно-жировых коэффициентов) [5] позволил в качестве базовой композиции коптильного конденсата считать следующую: гваякол:метилгвая-
кол:пирокатехин:сирингол 1,8:1:1,7:2,6. Она явилась параметром оптимизации процесса получения водного коптильного конденсата из опилок лиственных пород древесины при их тлении. Для анализа использовали данные, полученные немецкими учеными в институте физики и химии Куль-мбаха [3].
Получили следующую взаимосвязь между базовой композицией конденсата У и основными факторами его получения Х{, Х2, Х3:
У = 0,4649 + 0.000834Х, - 0,16086Х„ +
+ 0,7165Х + 0,0000203ХХ + 0,00789ХХ -- 0,000444Х,Х, + 0,0000004Х2 + 0,003496Х2 -- 0Д593Х/,
где У — степень приближения к базовому соотношению ("идеалу”) основных компонентов: чем ближе У к нулю, тем ’’идеальнее” среда; X, — температура дымогенерации при тлении бука в пределах от 450 до 850°С (область оптимизации ^1опт 450-500°С); X — влажность опилок в пределах от 10 до 30% (Х,опт 15-25%); Х3 — порядковый номер стадии конденсации (от 1 до 3) при температуре воды 40°С (Х3опт 2).
Анализ данной модели показал, что наибольшее влияние на качество конденсата имеет влажность опилок (условная величина 0,43), далее — факторы кратности (-0,21) и температуры тления (0,19).
Использование полученной модели в практике позволяет иметь априорные данные по качеству конденсата. Например, при температуре тления опилок 800°С и их влажности 20% при однократной конденсации дыма параметр оптимизации равен 0,57, что далеко от ’’идеала”. Данная зависимость научно обосновывает в бездымном копчении элемент управляемости на этапе получения коптильной среды.
Моделирование сложного процесса взаимодействия коптильной среды с рыбой вели в два этапа: массоперенос коптильных компонентов с поверхности вглубь тела и формирование основных качественных характеристик при законченном массо-переносе.
При моделировании массопереноса исходили из совокупности следующих массообменных процессов в системе: адгезия коптильной среды, адсорбция и диффузия коптильных веществ, их хемосорбция и хемодиффузия, распределение в водно-жировой структуре рыбы в соответствии с коэффициентами диссоциации в двойных системах, встречный массоперенос влаги при обезвоживании продукта [6].
Совокупность данных процессов объективнее всего можно охарактеризовать коэффициентом
массоп вещест Ос» на К і учета) одичнс личест і — то чатый варьир внешн Ана на мо; К в ви
где
С У1 и встр венно коэфф форму
где ф\
Оси ф2, в диффу
НЫХ К(
и С -
К0НЦЄІ
ных в?
ЄДИНИ1
рыбы, рыбы, Обл усл.ед. г/100 Мат моделі щую (£
Фі
где Ж,
Обл 0-10°/ вованк терно і живаеі солено Фор действ)
фоы
Пре/ беннос 1,08-1 С уч в преде В сої циента ся к фс
где
массопередачи К [6] как меры суммарного переноса вещества из одной фазы в другую.
Основными внешними факторами, влияющими на К в системе бездымного копчения рыбы, без учета химических эффектов, являются: П — периодичность нанесения коптильного препарата (количество раз), диапазон варьирования от 1 до 5;
I — толщина ’’кожи” (эпидермис, кориум, чешуйчатый покров или другие костные образования), варьируется от 0,001 до 0,0001 м; Т — температура внешнего воздействия (сушки) от 20 до 150°С.
Анализ полученных экспериментальных данных на моделях позволил формализовать определение К в виде зависимости
1р К. = -6,044 + 0,82 1ёП - 0,75 I +
+ 0,29 ^ Т,
где К1 — коэффициент массопередачи под действием внешних факторов.
С учетом факторов химического состава сырья и встречного массопереноса при сушке, количественно определяемых в виде факторов ф, и ф2 [2],
г
АС
коэффициент формуле
массопередачи рассчитывают по
где ф1 и ф2
Основными
продолжительность контакта, ч; разность концентраций коптильных веществ на поверхности и
внутри продукта, кг/
м
К = К{ф{ф2,
■соответственно факторы диффузионно-сорбционных и хемосорбци-онных процессов в системе, параметрами, обусловливающими ф2, в результате чего возрастает движущая сила диффузии, являются: АКК — активность коптильных компонентов (АКК = /фСф + /аСа + 1кСк, где / и С — соответственно индексы активности и концентрации фенольных, альдегидных и кислотных веществ препарата), определяется в условных единицах; АТФ — активность тканевых ферментов рыбы, мкмоль/(г‘ч); Ил. — йодное число жира рыбы, г/ 100 г жира.
Область определения фактора ф2: „АКК 26-50 усл.ед.; АТФ 0,1-1,2 мкмоль/(г’ч); Й.ч. 120-220 г/ 100 г жира.
Математическая обработка экспериментальных модельных данных позволила получить следующую формулу расчета ф.:
ф1 = 1 + 0,015Ж - 0,01255 - 0.0135Д1Г, где Ж,Б,ДИ7 —массовые доли жира, соли, удаляемой влаги, %.
Область определения фактора фх \ Ж 0-30%; 5 0-10%; Д №2-20% — задает пределы его существования (ф1 0,6-1,5), где нижнее значение характерно для тощего крепкосоленого и сильно обезвоживаемого сырья, а верхнее — для жирной слабосоленой и практически не обезвоживаемой рыбы.
Формула расчета фактора химических взаимодействий
ф, = 1 + 0,062ЛГФ + 0,0023АКК + 0,00012Я.ч.
Пределы определения ф2, обусловленные особенностями состава сырья и коптильной среды, 1,08-1,21.
С учетом всех факторов К будет варьироваться в пределах 0,0032-0,4 м/с.
В соответствии с физическим смыслом коэффициента массопередачи [6] его определение сводится к формуле
М.
К — ф
/уде’
где Мф — количество коптильных веществ на поверхности рыбы, кг/м3;
Р — площадь поверхности продукта, м;
Так как Р можно определить через массу рыбы Мп [1] по формуле = 0,12 М , то Л4ф рассчитывается следующим ооразом:
Мф = /Ш,12ЛудС.
Пользуясь данной формулой, можно определить динамику степени прокопченности мяса рыбы. При проверке расчетные данные хорошо согласовались с экспериментальными, полученными с помощью бумажной хроматографии [1].
Данные зависимости также являются теоретической основой для введения элемента управляемости в копчении в части массопереноса.
Модельные исследования по установлению зависимостей между значениями основных эффектов копчения, выражаемыми в баллах, и параметрами сырья вели в соответствии с матрицей ортогонального центрального композиционного плана 2-го порядка для 3 факторов. При этом задавали и варьировали факторы: X — массовая доля жировой фазы — от 0 до 36%; X — массовая доля поваренной соли — от 0 до 9,5%; X — активность ферментов — от 0 до 1,4 мкмоль/(г-ч).
Количественные значения эффектов выражали частными откликами: У, — массовая доля фенолов, мг%; У2, У3, У4, У5 — органолептические балльные оценки соответственно запаха, цвета, вкуса, суммарной балльной оценки, балл; У6 — безразмерный обобщенный параметр оптимизации качества.
Эксперименты также проводили на моделях из фарша трески при дозировке коптильного препарата ВНИРО внутрь ’’колбасок” 2% к массе.полуфабриката с обезвоживанием их в режиме холодного копчения.
Общий вид модельных зависимостей следующий:
У = Ьп + Ь,Х, + ЬЛ, + йД, + /,,11 + +
+ ь\ък2Х3 + Ь22*2 + %33Х3** ' 3
Конкретные значения коэффициентов Ь в кодированных математических зависимостях приведены в таблице.
Проверка моделей по критерию Фишера на 95%-м доверительном уровне показала их адекватность. Таким образом, с вероятностью вывода 95% можно использовать эти зависимости для прогнозирования конечных эффектов копчения в зависимости от параметров сырья.
Обоснование оптимальных параметров сырья вели по натуральной зависимости обобщенного параметра оптимизации
У = 2,28 - 0.0124Х - 0,357Х - 0,357*, -
0,0016ХЛ; 0,0б17х’х, -Ь,0536ХХ3
+
0,001*,2 + 0,05л/ + 0,16Х/
Оптимальные параметры сырья для бездымного холодного копчения: массовая доля жира 4,5-30% (по модели — 17,2%); массовая доля соли 2-7% (по модели — 4,5%); активность ферментов 0,5-1,3 мкмоль/(г-ч) (по модели — 0,9 мкмоль/(г-ч).
Полученные уравнения позволяют иметь расчетные значения степени прокопченности и показателей качества, что свидетельствует о наличии элемента управляемости на заключительном этапе копчения.
Теоретические зависимости бездымного копчения научно обосновывают и критериальные пока-
Таблица
Параметр оптимизации bo bi b2 h bl2 bl3 b23 &li b22 b33
Yi 0,77 -0,05 -0,065 -0,19 0,075 0.04 0,008 0,07 -0,17 -0,03
y2 3,01 -0,06 -0,21 1,29 0,28 -0,025 0,1 -0,08 -0,015 0,02
Y$ 2,8 0,33 -0,65 0,38 0,013 0,19 0,34 0,44 -0,27 0,17
Yi 3,71 0,29 0,03 -0,01 0,06 0,21 0,36 0,04 0,1 0,2
Ys 3,18 0,19 -0,07 -0,08 0,13 0,13 0,28 0,14 -0,13 -0,20
Ye 1,08 0,13 -0,14 0,08 -0,08 -0,05 -0,38 0,20 0,61 0,64
затели рационального использования рыбного сырья при обработке различными коптильными средами — препаратами, красителями, вкусо-аро-матизирущими добавками.
Обобщение модельных данных позволяет рекомендовать в качестве основных критериальных показателей при холодном копчении рыбы для коптильного препарата так называемый водно-белково-жировой коэффициент ВБЖК = В/(Б+Ж), для коптильного красителя — жиро-водный коэффициент кожи ЖВКкожм = 100Ж/В; для вкусо-аро-матизирущей коптильной добавки — коэффициент обезвоживания К0б = В2/В,. Соответствующие диапазоны критериев следующие: ВБЖК 3,5-1,3;' ЖВКт3-10; К, 1-0,8. Чем ближе значение
кожи ии
критерия к правому показателю в диапазоне, тем рациональнее направлять сырье.
Целесообразность направления рыбы на горячее копчение коптильными препаратами можно определить по белково-жировому коэффициенту БЖК = Б/Ж, коптильными красителями — по ЖВКхожш = 100Ж/В. Ароматизаторы в горячем копчении применять не рекомендуется. Соответствующие диапазоны значений критериев: БЖК 2-120; ЖВКтжя 3-10.
Таким образом, зная химическии состав сырья (содержание влаги, жира, белка) и вид коптильной среды, можно определять наиболее рациональные пути их взаимодействия.
ВЫВОДЫ
1. Установлена математическая зависимость химического состава коптильного конденсата от основных параметров его получения.
2. Определены математические зависимости коэффициента массопередачи (по фенольному числу) от комплекса факторов: сырья, препарата, внешнего воздействия.
3. Получен комплекс математических моделей, связывающих основные эффекты копчения с параметрами рыбного полуфабриката в процессах их взаимодействий в режиме холодного копчения.
4. Научно обоснованы критериальные показатели рационального направления рыбного сырья в целевых технологиях бездымного копчения холодным и горячим способами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Горохов Ю.И., Курко В.И. Сорбция фенолов при копчении / Исследования по технологии рыбных продуктов. — М.: ВНИРО, 1986. — С. 35-44.
2. Загороднов В.П. Методические основы исследования химической природы аромата копчения / Там же. —
С. 61-68.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1971. — 784 с.
4. Курко В.И. Основы бездымного копчения. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984.— 232 с.
5. Мезенова О.Я., Жаворонков В.И., Загородняя Д.И. Цветовые характеристики рыбы холодного копчения / Совершенствование технологии и контроля производства продукции из рыбного сырья. — Калининград: КТИРПХ, 1990. — С. 78-91.
6. Романков П.Г., Фролов В.Д. Массообменные процессы химической технологии. — JI.: Химия, 1990. — 384 с.
7. Toth L. Chemie der Raucherung. — 1982. — 331 S.
8. Rusz I. Physical and chemical processes in the production and application of smoke / / Pure and Applied Chemistry. — 1984. — 49,— № 11. — P. 1639-1648.
Кафедра технологии рыбных продуктов
Поступила 02.12.97
664.045.5.001.24
НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
В.Н. ЭРЛИХМАН, Ю.А. ФАТЫХОВ
Калининградский государственный технический университет
К основным характеристикам тепломассообмена при охлаждении пищевых продуктов относятся темпы охлаждения т, испарения тя и коэффициенты теплоотдачи конвекцией ак и испарением аи.
В холодильной технологии теоретически установлено и экспериментально подтверждено [1, 2], что изменение температуры и скорости испарения
влаги подчиняется регулярному режиму. Однако результаты определения характеристик тепломассообмена, полученные на основе теории регулярного режима, у многих исследователей вызывают сомнения [2]. Так, темп испарения влаги ти теоретически должен быть близок к темпу охлаждения т, в то время как он оказывается в 1,4 раза выше. Величину отношения полного коэффициента теплоотдачи а к коэффициенту теплоотдачи испарением аи, составляющую от 2 до 3, считают завышенной.
