Разработка комбинированного способа бланширования ската звёздчатого

Значительное количество видов гидробионтов Северного бассейна до сих пор не нашло должного использования в пищевых целях. Одним из представителей недоиспользованных видов рыб Северного бассейна является скат звездчатый – Raja radiata (отряд ромботелые - Rajiformes, семейство ромбовые скаты - Rajidae, род Raja)

Ценность ската звёздчатого обусловлена содержанием в готовом продукте хондроитинсульфата, что позволяет характеризовать его как обогащенный компонентом, в отношении

которого доказаны профилактические и лечебные эффекты - противоопухолевый и противовоспалительный [1-6].

Одна из главных проблем, сдерживающих промышленную переработку столь ценного сырья на пищевые цели состоит в необходимости удаления из него мочевины с максимальным сохранением белков [7,8]. В ФГБОУ ВО «Мурманский государственный технический университет» (МГТУ) разработан способ удаления мочевины путём отмачивания. Однако при отмачивании происходит оводнение мяса ската,

а также уменьшается содержание водорастворимых белков и аминокислот, резко повышается обсеме-ненность мяса ската микроорганизмами, уменьшается его водоудерживающая способность, активизируются гидролитические процессы белков, жиров. Все это влечет за собой ухудшение функционально-технологических свойств [7, 9].

Свойство мочевины легко подвергаться тепловому разложению при температуре выше 60 °С использовано на кафедре технологий пищевых производств МГТУ при разработке способа удаления карбамида при бланшировании ската звёздчатого водой, что позволило отказаться от длительной операции отмочки размороженного полуфабриката, заменив её на кратковременное отмачивание при размораживании в воде. Разработанный способ бланширования водой отличается простотой исполнения, обеспечивает удаление мочевины ниже разрешённого для готового продукта порогового значения в 1,2%, а также упрощается процесс разделки ската при сохранении полезных соединений тканей, нечувствительных к действию высоких температур бланширования[9]. Однако ограниченный диапазон рабочих температур воды приводит к ограничению диапазона потерь массы сырья.

Использование для бланширования ската только острого пара признано нецелесообразным, поскольку имеют место ухудшение органолептических свойств полуфабриката (размягчение мышечной ткани) и недопустимо высокие потери жира [7].

На основании вышеизложенного было предложено разработать комбинированный способ бланширования ската звёздчатого c использованием в качестве теплоносителя сначала воды в расширенном диапазоне температур, затем пара с целью достижения наименьших и наибольших потерь массы сырья при одновременном удалении мочевины ниже порогового значения [10, 11].

• 1.1    Материалы и методы исследований

  • 1.1.1    Объект исследования и его подготовка

    В качестве объекта исследования были выбраны крылья ската мороженого по ТУ 9261028-00038155-02 «Скат мороженый полуфабрикат для промышленной переработки».

Сырьё предварительно размораживалось воздушным способом в течение 24 часов при температуре 4 °С. Удельная поверхность образцов определялась как отношение площади полной поверхности образца к его массе.

• 1.1.2    Конструкция и порядок работы экспериментальной установки

Для разработки рациональных режимов комбинированного способа бланширования была сконструирована и изготовлена экспериментальная установка [12].

Технической задачей установки является обеспечение проведения комбинированного способа бланширования или бланширования в каждом из теплоносителей (воды или пара) в отдельности, а также упрощение проведения процесса бланширования с целью уменьшения временных затрат на эксперимент по получению данных для определения рационального режима бланширования сырья.

Установка периодического действия (рисунки 1-3) отличается:

• •    наличием двух зон для обработки сырья;

• •    упрощенной конструкцией рабочего органа;

• •    наличием термостата для регулирования температуры теплоносителя.

Экспериментальная установка имеет прямоугольный корпус 1, который разделен на две рабочие зоны перегородкой 6. В одной из зон установлен паровой коллектор 4 с перфорированными отводами для обработки сырья паром, в другой зоне установлен ТЭН 9 для нагревания воды до заданной температуры. Блок термостата и отводы контактов ТЭНа защищены кожухом 7.

Сырье помещается в съемную корзину 12, затем носитель с сырьем располагается на коленчатом валу 5. Установка закрывается крышкой 2 с ручками 3 и смотровым окном 10. После чего коленчатый вал вращается за ручку 11, перемещая корзину с сырьем либо в зону обработки паром, либо в зону обработки водой. Коленчатый вал опускается до нужной высоты, опираясь на стопора 13.

Температура воды регулируется с помощью капиллярного термостата 8.

После окончания обработки носитель с бланшированным полуфабрикатом удаляется из установки и направляется на дальнейшую обработку.

Рисунок 1. Фронтальный вид экспериментальной установки

Figure 1. Frontal view of the experimental installation

Рисунок 2. Вид установки сверху

Figure 2. Top view of installation

Рисунок 3. Разрез А-А

Figure 3. Section A-A

Температура воды, пара, центра и поверхности образца измерялась мультиметрами, время бланширования в каждой из сред фиксировалось секундомером. Масса каждого образца фиксировалась при помощи электронных весов с диапазоном до 600 г и точностью 0,01 г до и после бланширования для определения потери массы.

Процесс бланширования считался законченным при достижении температуры в центре образца (60±1) ºС, что соответствовало достаточным условиям термического разложения мочевины. Далее проводилась выдержка образца при этой температуре в течение 1 мин [5, 10].

• 1.1.3    Оценка эффективности удаления мочевины

  Эффективность удаления мочевины из мяса ската звёздчатого подтверждалась экспериментально сравнением её массовой доли в мышечной ткани ската до и после предварительной тепловой обработки. Содержание мочевины определялось модифицированным фотоколориметрическим методом по ГОСТ Р 50032-92 "Мука кормовая из рыбы, морских млекопитающих, ракообразных и беспозвоночных. Методы определения массовой доли карбамида и расчета сырого протеина с учетом массовой доли карбамида» с учетом особенностей исследуемого продукта [13].

• 1.1.4    Планирование эксперимента

Планирование эксперимента было произведено по методу комбинаторных квадратов [14]. Температура пара поддерживалась постоянной и равной 100 °С. Варьируемые параметры изменялись в диапазоне: температура воды - от 70 до 95 °С с шагом 5 °С, длительность обработки водой – от 1 до 5 мин с шагом 1 мин.

Выбор интервалов варьирования параметров обусловлен технологическими условиями процесса бланширования и эффективности удаления мочевины.

• 1.5    Обработка данных и оценка адекватности модели

Статистическая обработка результатов экспериментов по определению потерь массы методом нелинейной регрессии проводилась при помощи программы DataFit версия 9.1.32. Адекватность математических моделей определялась критерием Фишера и коэффициентом детерминации [14]. Функцией отклика являлась потеря массыy, процент, а варьируемыми факторами: температура воды х 1 , ^oС; время обработки водой х 2 , с.

• 1.2    Результаты исследований

  Сложность проведения экспериментальных исследований выражалась в невозможности обеспечения одинаковых геометрических размеров исследуемых образцов. В ходе дополнительно проведённого анализа удельной поверхности сырья был выделен диапазон (0,2560±0,05) м²/кг, составивший 75% от общего количества образцов, содержащихся в блоке сырья массой 10 кг.

В ходе предварительных исследований были определены два гидромодуля (соотношение рыба:вода) 1:9 и 1:15, которые могут быть рекомендованы для промышленных бланширователей.

При проведении экспериментов исследовано 47 режимов. В остальных режимах комбинирова-ное бланширование (вода–пар) из-за высоких температур воды сводилось к бланшированию только водой.

• 1.2.1    Уравнение регрессии и поверхности отклика

В результате реализации плана эксперимента и обработки полученных данных было найдено уравнение регрессии, адекватно описывающее влияние температуры воды и длительности обработки водой на потери массы ската звёздчатого при бланшировании комбинированным способом (вода–пар):

у 1 = a+bx 1 +dx 1 ²+e/x 2 ²+fx 1 /x 2 +gx 1 ³+h/x 2 ³+ix 1 /x 2 ² . (1) где a,b,c,d,e,f,g,h,i – коэффициенты уравнения регресии; х 1 и х 2 -масштабированные значения факторов, которые определяют функцию отклика и поддаются варьированию.

Коэффициенты для уравнения нелинейной регрессии (1) при вероятности 95% представлены в таблице 1, а поверхности отклика факторного пространства - на рисунках 4 и 5, соответственно.

Таблица 1.

Коэффициенты уравнения регрессии

Table 1.

Coefficients of the Regression Equation

Коэффициент | Coefficient	Гидромодуль | Hydromodule
	1:9	1:15
a	4565,240	3214,890
b	174,295	118,529
d	2,209	1,451
e	1148490	1838927
f	181,794	291,465
g	0,009	0,006
h	63486298	98580536
i	9213,603	12836,200

вид а view a

вид б (повёрнуто) view b (rotated)

Рисунок 4. Поверхность отклика факторного пространства (вид а, вид б (повёрнуто)) потерь массы сырья y, процент при гидромодуле 1:9 в зависимости от: температуры воды х 1 , ^oС и времени обработки водой х 2 , с

Figure 4. Surface response of the factor space (type a, type b (rotated)) mass loss of raw materials y, percentage for the hydromodule 1: 9, depending on: water temperature x 1 , ^oC and water treatment time x 2 , s

Для гидромодуля 1:9 при p=0,95 критерий Фишера F факт = 5,99 (F табл = 3,52), коэффициент детерминации R² = 0,62. Таким образом, модель принята допустимой, адекватной, все коэффициенты уравнения – значимы.

Рисунок 5. Поверхность отклика факторного пространства потерь массы сырья y, процент при гидромодуле 1:15в зависимости от: температуры воды х 1 , ^oС и времени обработки водой х 2 , с.

Для гидромодуля 1:15 при p=0,95 критерий Фишера F факт = 5,02 (F табл = 3,44), коэффициент детерминации R² = 0,64. Таким образом, модель принята допустимой, адекватной, все коэффициенты уравнения – значимы.

• 1.2.2    Поиск оптимальных режимных параметров процесса

Для представленных поверхностей отклика факторного пространства методом дифференцирования (т.е. нахождения экстремумов) определены режимы для получения наименьших и наибольших потерь массы бланшированного полуфабриката, представленные в таблице 2. Теоретически полученные значения потерь массы в точках экстремума подтверждены экспериментальными данными.

Figure 5. The response surface of the factor space of mass loss of raw materials y, the percentage of the hydromodule 1:15 depending on: water temperature x 1 , ^oC and water treatment time x2, s.

Таблица 2.

Эффективность способа комбинированного бланширования (вода–пар) на режимах с максимальными и минимальными потерями массы

Table 2.

The efficiency of the combined blanching method (water-steam) in regimes with maximum and minimum weight loss

§ О О cd § T e ° ™ S л С ЭК -	Длительность обработки, с | Duration of processing, s		Температура теплоносителя, °С | Temperature of coolant, °С		Потери массы, % | Mass loss, %	Выход полуфабриката, % | Output semi-finished product, %	Эффективность удаления мочевины при ПТО (бланширование вода–пар) с учётом потерь массы полуфабриката, % | Efficiency removal of urea at PTO (blanching water-steam) taking into account the mass loss semi–finished products, %
	Вода | Water	Пар | Steam	Вода | Water	Пар | Steam
1:9	60	190	85	100	29,62	70,38	39,00
	180	150	90	100	11, 2	88,8	42,50
1:15	300	65	75	100	29,21	70,79	Менее 35 | Less 35
	120	35	95	100	8,28	91,72	Менее 35 | Less 35

• 1.3    Обсуждение результатов

Представленные результаты в таблице 2 позволяют сделать вывод о том, что способ комбинированного бланширования (вода–пар) для гидромодуля 1:9 по эффективности удаления мочевины (39,00 и 42,50%) соответствует бланшированию острым паром (от 46%), водой (соотношение 1:1) (от 64%) и ИК–бланшированию (при длительности обработки 12 мин) (41,6%) [13].

Результаты по гидромодулю 1:15 из-за низкой эффективности были отклонены.

Потери массы сырья при комбинированном бланшировании (вода–пар) для выбранного гидромодуля 1:9 изменяются в более широком диапазоне (от 11,2 до 29,62%) по сравнению с бланшированием водой (соотношение 1:1) (от 14,25 до 14,61% ) и ИК-бланшированием (при длительности обработки 7 мин) (от 5,8 до 18,6%), что позволяет получить полуфабрикат для последующей переработки как для кулинарной продукции, так и для производства консервов [7, 15].

Заключение

Представленная экспериментальная установка может быть использована для исследования процесса бланширования водой, паром или комбинированным способом сырья как растительного, так и животного происхождения.