Основы расчета технологических параметров приготовления формованной соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью, с заданными физико-химическими характеристиками

Многими исследованиями было показано, что связь воды является одной из основных характеристик качества продукта [1].

В продуктах с одинаковым содержанием влаги происходят различные процессы порчи при хранении. При этом большое значение имеет форма связи воды с компонентами продукта. Чем сильнее связана вода, тем она менее способна участвовать в гидролитических и других процессах, ухудшающих качество. В связи с этим У. Скоттом был введен в практику показатель активности воды (Aw).

Исходя из значения величины показателя Аw, пищевые продукты разделяют на следующие виды:

– продукты с высокой влажностью – Аw = 1,0–0,9;

– продукты с промежуточной влажностью – Аw = 0,9–0,6;

– продукты с низкой влажностью – Аw = 0,6–0,0 [2].

К соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью относятся вяленая и сушено-вяленая продукция, полученная из предварительно посоленного сырья, с удалением влаги путем высушивания и имеющая значения показателя активности воды (Aw) от 0,9 до 0,6.

В настоящее время известны значения активности воды растворов многих химических веществ, и существуют некоторые прогностические модели для расчета данного показателя [3]. Однако, учитывая сложный состав пищевых, в том числе рыбных продуктов, прогнозирование Аw для них имеет определенные особенности. В силу этого многие уравнения определяют значение Aw в достаточно узком диапазоне.

Надо отметить, что большое распространение получила эмпирическая формула (1), предложенная бельгийскими учеными на основании исследования около 80 образцов мясных продуктов [4]:

Aw = 0,9845 – 0,76 ⋅ (S / W),                                    (1)

где S – массовая доля хлористого натрия, %; W – массовая доля воды, %.

Формулой (1) воспользовались при исследовании процесса обезвоживания с целью получения доступного расчета "барьерного эффекта" в производственных условиях [5]. Однако возник вопрос о правомерности расчета применительно к технологии рыбных продуктов. Некоторыми авторами было отмечено, что использование формулы на практике показало несоответствие между расчетными и измеренными значениями Aw при ее понижении. Данная формула применима для продуктов с Aw выше 0,87 [6].

Для большинства рыбных соленых продуктов Hector M. Lupin установил линейную зависимость между активностью воды и моляльной концентрацией хлористого натрия (2) [7]:

Aw = 1,002 - 0,042 ■ m,                                      (2)

где m – моляльная концентрация NaCl в растворе.

Линейное приближение было проанализировано с учетом значений Aw чистых растворов NaCl. Формула явилась подходящей для оценки Aw в соленых высоковлажных рыбных продуктах, но с ошибками в пределах допустимого диапазона для продуктов с промежуточной влажностью.

Изменение показателя Aw непосредственно отражается на сроке годности продукции. Отмечается, что понижение значений Aw на сотые доли уже может привести к увеличению срока хранения в два раза [8].

К традиционным физико-химическим показателям вяленой и сушено-вяленой рыбной продукции, определяющим стойкость при хранении, относятся массовые доли соли и воды, а следовательно, и концентрация соли, определяемая как массовая доля хлористого натрия в водной фазе рыбного сырья или готового продукта, выраженная в %.

Для создания эффективной технологии вяленой и сушено-вяленой рыбной продукции необходима оптимизация вышеуказанных физико-химических показателей и установление их взаимосвязи с активностью воды при условии сохранения положительной органолептической оценки.

Материалы и методы

При исследовании взаимосвязи показателя активности воды с массовыми долями воды и хлористого натрия в качестве материала приняты виды рыб различного химического состава: минтай (Theragra chalcogramma), сельдь атлантическая (Clupea harengus), треска балтийская (Gadus morhua callarias), путассу (Micromesistius), горбуша (Oncorhynchus gorbuscha), ставрида (Trachurus trachurus). Были приготовлены образцы фаршевых полуфабрикатов без добавления соли и с массовой долей соли до 4,0 %.

При проведении исследовательских работ все образцы обезвоживали конвективным способом при температуре 22 ^ 23 ° С, относительной влажности воздуха 36 ^ 40 % и скорости воздушного потока 0,5 ÷ 1,5 м/с, с чередованием периода сушки и периода отдыха. В процессе обезвоживания фиксировали изменение массы каждого образца через определенные промежутки времени.

В работе использовались общепринятые методы исследования качества и безопасности соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью. Органолептическая оценка проводилась в соответствии с ГОСТ 7631–2008 "Рыба, нерыбные объекты и продукция из них. Методы определения органолептических и физических показателей". Определение массовой доли воды и массовой доли соли проводили по ГОСТ 7636–85 "Рыба. Морские млекопитающие, морские беспозвоночные, водоросли и продукты их переработки. Методы анализа"; массовой доли воды — методом высушивания при 130 ° С; массовой доли соли — стандартным аргентометрическим методом. Аw определяли по ГОСТ Р ИСО 21807–2012 на приборе Lab Master-aw (фирма NOVASINA, Швейцария) методом зеркально охлаждаемого датчика точки росы.

Результаты и обсуждение

На основании экспериментально установленных массовых долей NaCl и воды и по известной формуле расчета процентной концентрации соли в растворах, успешно применяемой с достаточной точностью для технологических расчетов, была вычислена концентрация хлористого натрия (C) в тканевом соке фаршевых полуфабрикатов:

C = S ■ 100 / (S + W),                                          (3)

где S – массовая доля хлористого натрия, %; W – массовая доля воды, %.

Установлена зависимость Aw от концентрации NaCl в тканевом соке соленых фаршевых полуфабрикатов в процессе обезвоживания (рис.).

Изменение значения показателя активности воды в пределах концентрации соли до 25 % имеет прямолинейный характер с коэффициентом аппроксимации 0,98.

Данные рисунка показывают, что значения концентрации соли более 14 % должны обеспечивать стойкость обезвоженной рыбы за счет снижения активности воды продукта ниже 0,86 – порога развития патогенной микрофлоры.

Концентрация хлористого натрия, % о треска с 2,0 % соли                             □ ставрида с 2,0 % соли

• △ ставрида с 4 % соли                           х сельдь с 2,0 % соли

Ж сельдь с 4,0 % соли                           О горбуша с 2,0 % соли

+  минтай с 2,0 % соли                             -  минтай с 4,0 % соли путассу с 2,0 % соли                               путассу с 4,0 % соли

Рис. Взаимосвязь активности воды (Аw) и концентрации хлористого натрия (C) в процессе обезвоживания фаршевой продукции из различных видов рыб

Диапазон значений концентрации соли для получения вяленой и сушено-вяленой рыбной продукции, стойкой при хранении относительно порога развития патогенной микрофлоры с учетом показателя Аw, представлен в табл. 1.

Таблица 1

Концентрация соли в зависимости от массовой доли воды и соли

Массовая доля соли в вяленой или сушеновяленой продукции, %	Массовая доля воды в вяленой или сушено-вяленой продукции, %
	45	40	35	30	25	20	15	10
1,5								13,0
2								16,7
3						13,0	16,7	23,1
4					13,8	16,7	21,1
5				14,3	16,7	20,0	25,0
6		13,0	14,6	16,7	19,4	23,1
7	13,5	14,9	16,7	18,9	21,9	25,9
8	15,1	16,7	18,6	21,1	24,2
9	16,7	18,4	20,5	23,1	26,5
10	18,2	20,0	22,2	25,0

На основании данных, представленных на рисунке, получено следующее уравнение:

Аw = 1,035 – 0,0126 ⋅ C,

где С – концентрация хлористого натрия, %.

Установлены значения концентрации хлористого натрия, которые соответствуют определенному значению активности воды (табл. 2).

Таблица 2

Значения концентрации хлористого натрия, соответствующие определенной активности воды в процессе обезвоживания соленого полуфабриката

Показатель	Активность воды (Аw)
	0,85	0,80	0,75	0,70
Концентрация хлористого натрия, %	14,7	18,7	22,6	26,6

Из формулы 3 расчета концентрации хлористого натрия в растворах (С) можно вывести формулу соотношения массовой доли хлористого натрия (S, %) и воды (W, %), соответствующие определенному значению Aw. Соотношение массовых долей хлористого натрия и воды обозначают как коэффициент Kа:

Ka = S / W = C / (100 – C),(5)

Ka = С / (100 – С).(6)

На основании формулы (6) и табл. 2 выводят уравнение:

Ka = 1,007 – 0,98 ⋅ Аw.(7)

Из вышеприведенного уравнения (7) следует, что в диапазоне активности воды 0,75 ÷ 0,87 для обезвоженной рыбной продукции взаимосвязь между активностью воды и соотношением массовых долей соли и воды может быть описана уравнением:

Aw = 1,028 – 1,02 ⋅ (S /W).(8)

По расчетным данным при соотношении массовой доли воды и массовой доли поваренной соли, равном S ≥ 0,165 · W, значение активности воды составляет менее 0,86.

Таким образом, для сохранения безопасности продукции в процессе хранения с точки зрения бактериальной порчи целесообразно установить следующее соотношение массовой доли поваренной соли и массовой доли воды в готовом продукте:

S ≥ 0,165 ⋅ W.                                             (9)

Для гарантированного исключения развития плесени при хранении продукции, произведенной в условиях нормальной гигиенической практики, соотношение должно быть следующим:

S ≥ 0,34 ⋅ W.                                             (10)

Рассмотрим пример расчета необходимой дозировки хлористого натрия в исходном полуфабрикате из фарша горбуши для получения готового продукта с влажностью Wк = 40 % и активностью воды Aw = 0,8.

Взаимосвязь активности воды и соотношения массовых долей соли и воды в готовом продукте описывается эмпирическим уравнением (8), на основании которого находят массовую долю хлористого натрия в готовом продукте (Sк):

Sк = Wк ⋅ (1,028 – Aw) / 1,02 = 8,9 %.(11)

Зная начальную массовую долю воды в полуфабрикате (для горбуши W ≈ 74,0 %) и массовую долю воды в готовом продукте, рассчитывают коэффициент потери массы при обезвоживании:

К = (100 – Wк) / (100 – Wн),(12)

где К – коэффициент потери массы; Wк – массовая доля воды в готовом продукте, %; Wн – массовая доля воды в исходном продукте, %.

Для приведенного примера:

К = (100 – 40) / (100 – 74) = 2,31.(13)

По коэффициенту потери массы рассчитывают необходимую дозировку хлористого натрия (Sн) в исходном полуфабрикате:

Sн = Sк / К = 8,9 / 2,31 = 3,85 % ≈ 3,8 ÷ 3,9 %.(14)

Используя данный коэффициент, рассчитывают и другие ингредиенты рецептуры, которые имеют норматив безопасности (например, консервант) или технологические ограничения (экстракт пряностей).

Заключение

На основании проведенных работ установлены следующие зависимости технологических параметров приготовления соленой рыбной продукции с промежуточной влажностью с заданными физико-химическими характеристиками.

• 1.    Для обеспечения микробиологической безопасности продукта взаимосвязь активности воды и соотношения массовой доли соли и воды оценивается на основании формулы:

• 2.    Для исключения бактериальной порчи продукции в процессе хранения целесообразно выдержать следующее соотношение между массовой долей поваренной соли и массовой долей воды:

• 3.    Для исключения развития плесени соотношение массовой доли соли и массовой доли воды в готовом продукте должно составлять:

Aw = 1,028 – 1,02 · (S / W), где S – массовая доля соли, %; W – массовая доля воды, %.

S ≥ 0,165 · W, где S – массовая доля соли, %; W – массовая доля воды, %.

S ≥ 0,34 · W, где S – массовая доля соли, %; W – массовая доля воды, %.