Получение кормового рыбного фарша методом криоэкструзии из замороженного рыбного сырья

Рациональная организация питания сельскохозяйственных животных и птицы является первоочередной задачей, решение которой в современных условиях будет способствовать росту основных производственных показателей агропромышленного комплекса. Процесс кормления оказывает непосредственное влияние на организм животного в целом, изменяя не только его форму, но и общее состояние животного. Организация полноценного высокоэнергетического кормления сельскохозяйственных животных и птицы путем использования сбалансированных по всем питательным веществам кормов и рационов в целях реализации генетического потенциала животных, имеет мультипликативный эффект – значительно возрастает продуктивность животных при одновременном снижении себестоимости единицы корма.

Вопросы производства конкурентоспособной российской пищевой продукции напрямую связаны с поиском полноценных низкозатратных кормов для сельскохозяйственных животных и птицы. Введение в отношении Российской Федерации экономических санкций ускорило необходимость наполнения рынка сельскохозяйственных товаров в целях обеспечения интенсивного замещения аналогичной импортной продукции. В этой связи особую актуальность имеет потребность в увеличении темпов роста сельхоз-товаропроизводства, что, в свою очередь, неизменно связано с необходимостью повышения эффективности кормов при их использовании с тем, чтобы минимизировать затраты на выработку единицы аграрной продукции.

Корма животного происхождения в целом характеризуются высоким содержанием полноценных протеинов, липидов, минеральных веществ, и поэтому являются более питательными в сравнении с кормами растительного происхождения. Животные белки, по сравнению с растительными, содержат все незаменимые аминокислоты, т. е. богаты лимитирующими аминокислотами, такими как лизин, метионин, триптофан. Особенно высокой пищевой ценностью обладают кормовые продукты из рыбы, которые отличает высокое содержание протеина – незаменимой и наиболее дорогостоящей части рациона. В системе полноценного кормления животных первостепенное значение имеет обеспеченность их протеином. Особую значимость эта проблема приобрела в последние годы, поскольку потребность в протеине возрастает такими темпами, что удовлетворить ее только за счет увеличения производства традиционных полноценных белковых кормов становится весьма трудным [1, 2].

В последние годы всё большее применение находит кормовой рыбный фарш, представляющий собой измельченное рыбное сырье (свежая или замороженная малоценная рыба, рыбные отходы и пр.). Использование рыбного фарша в качестве белково-витаминноминеральной добавки при кормлении всех видов домашних животных является наиболее оптимальной формой его применения [2].

Получение измельченной фаршевой массы является основой процесса изготовления фаршей, в том числе кормовых. При этом, как правило, используются механические способы измельчения с предварительным размораживанием сырья на воздухе при температуре не выше 20 °С. То есть сырье, предназначенное для изготовления фарша, измельчают равномерно для получения однородной массы при помощи дробильной машины или волчков с диаметром отверстий решетки от 8 до 20 мм. Размер отверстий, в свою очередь, зависит от вида используемого сырья и наличия в нем костей. Следующим этапом изготовления кормовых фаршей из рыбы является внесение в фаршевую массу консерванта (пиросульфит натрия, муравьиная кислота или поваренная соль). Сухой консервант тщательно смешивают с подготовленным сырьем в смесителе (фаршемешалке).

Использованием в технологии изготовления кормового фарша консерванта достигается увеличение продолжительности его хранения (до 10 месяцев и более). Результаты ряда проведенных в последние годы научных исследований, касающихся применения консервантов в технологии изготовления кормовых продуктов, в частности, пиросульфита натрия, показали эффективность и безопасность таких методов увеличения продолжительности хранения кормов [3].

Тем не менее, необходимо отметить, что замороженное рыбное сырье, используемое для приготовления кормового фарша, должно быть предварительно дефростировано. Следствием проведения дефростации, а также ее существенными недостатками являются увеличение процента потерь сырья, ухудшение его внешнего вида и значительное снижение пищевой ценности вследствие потери тканевой влаги, белков, гидролиза и окисления жиров и других негативных последствий [4, 5].

Вместе с тем, перечисленных выше потерь можно избежать путем использования в процессе изготовления фарша метода криоэкструзии, преимуществом которого является отсутствие такой операции, как дефростация [6].

Актуальность исследований по использованию метода криоэкструзии при получении кормовой продукции, обосновывается разработкой кормовой продукции из гидробионтов с повышенными качественными характеристиками и предполагает вовлечение в переработку неиспользуемых и недоиспользуемых объектов морского промысла (путассу, сайки, ламинариевых и фукусовых водорослей). Это рыбное сырьё не поддаётся традиционным видам переработки, в частности разделке, из-за маломерности (сайка), заражённости гельминтами (путассу). Кроме этого, криофарш может использоваться как полуфабрикат для промышленной переработки, в том числе, для производства полнорационных гранулированных комбикормов. Перспективным направлением разрабатываемой технологии является добавление в рыбный криофарш растительного сырья, а именно, бурых морских водорослей. Результатом комбинирования полезных свойств криофарша, как продукта с высоким содержанием белка, с растительными компонентами является значительное улучшение питательных свойств таких кормов [2, 7].

Целью работы является разработка технологии получения криофарша из рыбы, предназначенного для кормления сельскохозяйственных животных и птицы, который можно использовать непосредственно в составе кормосмесей при приготовлении кормов в кормоцехах хозяйств.

Способ измельчения биологических продуктов методом процесса криоэкструзии заключается в продавливании замороженного образца через охлаждаемую фильеру с определённым диаметром отверстия, что закреплено в патенте РФ № 2031583. При получении фарша этим методом измельчение происходит путем продавливания сырья сквозь отверстие фильеры и разрезания волокон мышечной ткани сырья кристалликами льда. Использование режущей способности внутриклеточного и межклеточного льда возможно ввиду отсутствия размораживания исходного продукта. Таким образом, представляется возможным заменить в стандартной технологии производства кормового фарша из рыбы такие технологические операции как дефростация и последующее измельчение сырья одной –криоэкструзией, обеспечив тем самым предотвращение потерь влаги, белка и иных составляющих криофарша, при получении его рассматриваемым способом.

Материалы и методы

Для разработки и изучения нового способа получения кормового фарша с использованием метода криоэкструзии применялась созданная на кафедре «Технологическое и холодильное оборудование» МГТУ полезная модель экструзионной установки поршневого типа с охлаждаемыми рабочими органами, позволяющая измельчать различные виды сырья в том числе рыбного, в замороженном состоянии. Схема установки изображена на рисунках 1, 2.

Рисунок 1. Общий вид экструзионной установки поршневого типа с охлаждаемыми рабочими органами: 1 – рабочая часть; 2 – гидропривод;

3 – несущая рама; 4 – опорная плита

Figure 1. General view of the extrusion piston type with cooled working bodies: 1 – the working part; 2 – hydraulic drive; 3 – not-a mere frame; 4 – support plate

Рисунок 2. Рабочая часть установки поршневого типа с охлаждаемыми рабочими органами: 5 – стакан; 6 – сменная измельчительная решетка (матрица); 7 – движущийся поршень (плунжер); 8 – рабочая камера; 9 – охлаждающая рубашка; 10 – крепежная гайка; 11 – отверстие для установки термопары

Figure 2. Working part of the piston type with the working bodies refrigerated: 5 – glass; 6 – replacement shredding grating (matrix); 7 – moving piston (plunger); 8 – operation chamber; 9 – cooling jacket; 10 – retaining nut; 11 – hole for installation of the thermocouple

Установка состоит из рабочей части 1, приводимой в движение гидроприводом 2, который установлен на П-образной несущей раме 3, прикреплённой к опорной плите 4. Опорная плита 4 представляет собой плоскую пластину, состоящую из двух ступеней. Верхняя ступень опорной плиты имеет сквозные резьбовые отверстия для крепления несущей рамы. Рама 3 состоит из двух боковых стоек и опорной горизонтальной балки. Боковые стойки имеют резьбу по обоим концам. Одним резьбовым концом стойки закрепляются в опорной плите, к другим крепится опорная балка. Такой тип крепления опорной балки позволяет изменять высоту рабочей части установки.

Рабочая часть представляет собой корпус, имеющий рабочую камеру и снабжённый охлаждающей рубашкой. Внутри рабочей камеры установлены охлаждаемые рабочие органы, представляющими собой движущийся поршень (плунжер) и сменную измельчительную решетку (матрицу). Измельчительная матрица устанавливается в проточку в стакане, предназначенном для приёма измельчённого полуфабриката и имеющем отверстие для установки термопары.

Работа установки осуществляется следующим образом. В охлаждающую рубашку подаётся циркулирующий холодильный агент или хладоноситель, который снижает температуру рабочих органов до минус 18 0С. При движении поршня (плунжера) вверх открывается загрузочное окно рабочей камеры, через которое происходит загрузка измельчаемого сырья. При достижении верхней «мёртвой точки» поршень останавливается и меняет направление движения на противоположное. При движении поршня вниз загрузочное окно закрывается, гидропривод создаёт давление и продавливает сырье через сменную из-мельчительную решётку (матрицу). Измельчённый полуфабрикат попадает в стакан. В отверстие может быть установлена термопара для периодического контроля температуры полученного полуфабриката с целью соблюдения технологических норм. По достижению поршнем (плунжером) своей нижней точки (продукт прошел через матрицу), гидропривод возвращает его в верхнее положение [10].

Плунжерная пара, приводимая в движение гидроцилиндром, является основной частью установки. Продавливание сырья происходит в системе измельчения, состоящей из фильеры с определённым диаметром отверстия и плунжерной пары с отполированной внутренней поверхностью цилиндра.

В работе для получения криофарша использовали фильеры с отверстиями в форме «песочные часы» диаметром 7 мм.

В качестве исходного сырья использовалась мороженая путассу (Micromesistius poutassou) , по качеству не ниже 1 сорта, отвечающая требованиям ГОСТ 32366-2013 «Рыба мороженая. Технические условия».

В работе были использованы принятые в научных исследованиях лабораторные методы. Массовую долю воды, жира, белка, золы определяли по ГОСТ 7636-85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа». Содержание белка определяли с помощью автоматического анализатора азота/белка «Pro-Nitro A» по методу Къельдаля. Содержание жира определяли на аппарате «Det-gras N» по методу Сокслета.

Результаты и обсуждение

Разработана технология получения кормового рыбного фарша (криофарша) методом криоэкструзии из мелких и недоиспользованных рыб Северного бассейна. Схема технологического процесса изображена на рисунке 3. Прием сырья для измельчения осуществлялся в замороженном виде с температурой в мышечной ткани минус 18 °С. Подготовка рыбы, замороженной в блоке, к измельчению производилась путем распила на куски толщиной, соответствующей диаметру фильеры, с использованием дисковой пилы. Нами использовалась фильера, предварительно охлажденная до температуры сырья (минус 18 °С). Сырье продавливалось через фильеры с отверстиями в форме «песочные часы», диаметр которых составлял 7 мм. Длительность процесса продавливания составила в среднем 40 секунд. Кроме такой фильеры, можно использовать фильеры с отверстием большего или меньшего диаметра в форме конус-цилиндр, конус, перевернутый конус.

Поступление сырья Receiving of raw materials

Подготовка блока к измельчению (распил) Preparation of block to chopping (cutting)

Измельчение сырья (криоэкструзия) Chopping of raw materials (cryoextrusion)

Упаковывание Packing

Хранение Storage

Маркирование Marking

Рисунок 3. Схема технологического процесса производства кормового рыбного фарша (криофарша)

Figure 3. Scheme of the technological process of production of fish minced feed (cryo minced fish feed)

Фактические потери сырья в процессе измельчения методом криоэкструзии составляют от 1% до 2,5%, включая потери при подготовке сырья (при распиле блока), то есть масса готового продукта на выходе составляет 97,5–99% от массы сырья. Согласно утвержденным нормативам отходы и потери при производстве фарша из путассу мороженой неразделанной в процентном отношении к массе сырья, поступившего на конкретную операцию, составляют: при дефростации сырья – до 2%, при повторном замораживании продукта – до 3,8%. Таким образом, при использовании метода криоэкструзии в связи с отсутствием таких технологических операций, как дефроста-ция и повторное замораживание продукта, выход продукции увеличивается от 3,2 до 4,8%.

Готовый продукт – криофарш имеет однородное измельчение, рассыпчатую консистенцию, запах, свойственный виду рыбы, из которого он был произведен. Температура в толще продукта на выходе не изменяется и равна температуре сырья до начала переработки – минус 18 0С. Полученная замороженная фаршевая масса хорошо формуется, поэтому может быть упакована в различные виды тары. Это создаёт возможность использовать наиболее предпочтительный для потребителя вид и вес упаковки, что     немаловажно,     особенно     при поставке кормов в личные подсобные и фермерские хозяйства. Кроме того, рассыпчатая консистенция фаршевой массы позволяет смешивать криофарш с различными компонентами, в том числе с растительными, и получать комбинированный кормовой продукт с заданными питательными свойствами.

Согласно справочных данных о химическом составе, биохимических и технологических свойствах гидробионтов, изложенных в материалах ПИНРО, ВНИРО от 1998 года, путассу относится к белковым, маложирным (тощим) рыбам, содержание белка в неразделанной рыбе колеблется, в зависимости от сезона, от 15,8 до 17,2%. Представляло интерес сравнить химический состав мороженой путассу и полученных из неё криофарша и кормового рыбного фарша из путассу, соответствующего требованиям ТУ 9283-018-0469805 «Фарш кормовой мороженый. Технические условия». Результаты исследований (в пересчете на усредненную влагу 78%) представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Химический состав мороженой путассу и кормовых фаршей, %

Table 1.

Chemical composition of frozen blue whiting and the minced fish feed, %

№ п/п	Объект исследования Investigatiuon objest	Вода Water	Белок Protein	Жир Fat	Зола Ash content
1.	Путассу целая / Blue whiting whole	78,0	17,0	2,08	2,92
2.	Криофарш из путассу / Cryo minced fish feed from blue whiting	78,0	17,1	2,95	1,95
3.	Кормовой фарш из путассу /Fish minced feed from blue whiting	78,0	15,2	3,65	3,15

В результате проведенных работ было установлено, что измельчение сырья путем продавливания через охлаждаемую фильеру позволяет полностью исключить потери белка, что невозможно обеспечить при использовании существующей стандартной технологии производства кормового рыбного фарша, одной из стадий которой является дефростация сырья.

На основании результатов проведённых исследований разработаны проекты документов для выпуска кормового криофарша, а именно ТУ ХХХХ-053-00471633-2016 «Криофарш рыбный кормовой мороженый – полуфабрикат для кормовых целей. Технические условия» и ТИ-053-2016 «Технологическая инструкция по изготовлению криофарша мороженого – полуфабриката для кормовых целей».

Заключение

Разработана технология получения кормового фарша из замороженного рыбного сырья, основанная на применении метода криоэкструзии. Экспериментальными работами по получению криофарша из путассу с использованием экструзионной установки поршневого типа с охлаждаемыми рабочими органами установлено, что выход продукции увеличивается от 3,2 до 4,8%, минимизируются потери питательных веществ рыбы, что способствует повышению качества кормового фарша при общем снижении затрат на его производство в связи с исключением из процесса производства стадии дефростации, перемешивания и повторной заморозки готового продукта.

Полученный по разработанной технологии кормовой криофарш можно хранить длительное время, не подвергая повторной заморозке. Продукт рекомендуется непосредственно использовать как полуфабрикат для приготовления кормосмесей, либо высушивать различными методами, после чего использовать для приготовления новых видов кормов с заданной рецептурой. Замороженная масса хорошо формуется, в связи с чем по согласованию с потребителем можно использовать наиболее предпочтительный вид и размер упаковки, особенно при поставках кормов в хозяйства малых форм собственности.