Совершенствование процесса тепловой обработки ската звёздчатого

Проблема повышения качества питания населения является одной из основополагающих проблем последних десятилетий. Увеличение численности жителей Земли и постепенное истощение пищевых ресурсов приводят к углублению данной проблемы год от года. Одним из вариантов ее решения представляется разработка технологий, позволяющих использовать для пищевых целей сырье, которое на сегодняшний день рассматривается как непищевое. Можно назвать целый ряд водных биологических ресурсов, до сих пор не нашедших достойного применения в качестве объектов переработки пищевой промышленности. Например, скат звёздчатый – тощая белковая рыба, белок которой "содержит все незаменимые аминокислоты, которые не синтезируются в организме человека" [1]. Аминокислотный состав белка ската звёздчатого представлен в табл. 1.

В материалах I Национальной заочной научно-технической конференции "Инновационное развитие рыбной отрасли в контексте обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации" отмечалось, что такое ценное сырье, как скат звёздчатый, относится к "недоиспользованным природным промысловым объектам". По данным ПИНРО, "величина общих запасов ската за последние годы в Баренцевом море колеблется от 80 до 116 тыс. т". "Средний многолетний вылов в прибрежной 50-мильной зоне Мурманска составил 0,5 тыс. т", при возможном вылове 4 тыс. т [2]. Большая часть добываемого ската звёздчатого направляется на производство кормовой муки, в то время как он может широко использоваться для приготовления БАДов и пищевых продуктов, в том числе функционального назначения [3; 4].

Основное препятствие для широкой промышленной переработки создает наличие в мясе ската карбамида в количестве, превышающем допустимые значения для пищевых целей и составляющем 1,2 % [5].

На сегодняшний день в Мурманском государственном техническом университете разработано несколько способов удаления карбамида из мяса ската звёздчатого: отмочка (вызывающая оводнение сырья и ухудшение его функционально-технологических свойств [6]) и бланширование водой (соотношение рыба : вода – 1 : 1). Разработанный способ бланширования водой отличается простотой исполнения, обеспечивает удаление мочевины ниже разрешенного 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" [7]. 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 [5].

На основании вышеизложенного 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 [8].

Таблица 1. Аминокислотный состав белка ската звёздчатого (выловленного в Баренцевом море в марте – декабре 2009 г.) [3, c. 170–172] Table 1. The amino acid composition of the protein of the stingray stellate (caught in the Barents Sea in March – December, 2009)

Показатель	Мышечная ткань, мг/100 г ткани	Белок, %	"Идеальный" белок, %
Белок, %	17,8
Незаменимые аминокислоты	7 013	39,4
В том числе:
валин	949	5,33	5,0
изолейцин	705	3,96	4,0
лейцин	1 493	8,39	7,0
лизин	1 668	9,37	5,5
метионин	477	2,68	3,5 (с цистином)
треонин	809	4,55	4,0
триптофан	175	0,98	1,0
фенилаланин	736	4,14	6,0 (с тирозином)
Заменимые аминокислоты	10 733	60,3
В том числе:
аланин	1 132	6,36
аргинин	468	2,63
аспарагиновая	2 296	12,9
гистидин	366	2,06
глицин	852	4,79
глутаминовая	3 310	18,6
пролин	594	3,34
серин	936	5,26
тирозин	568	3,19
цистин	213	1,20
Общее количество аминокислот	17 746	99,7
Лимитирующая аминокислота, скор, %		Нет

Материалы и методы

Объектом исследования выбран "Скат мороженый полуфабрикат для промышленной переработки" (ТУ 9261-028-00038155-02) ¹ .

Исследование проводилось в несколько этапов. На первом этапе блок сырья массой 10 кг был разморожен на воздухе за 24 часа при температуре 4 °C. Удельная поверхность крыльев ската oпределялась как oтнoшение площади полной поверхности крыла к его массе [6]. Полученные результаты обработаны стандартными математическими методами, выбран и зафиксирован диапазон удельной поверхности.

На втором этапе проводилась разработка рациональных режимов комбинированного бланширования (вода – пар) для ската звёздчатого. Эксперименты выполнялись на разработанной экспериментальной установке периодического действия, подтвержденной патентом [9; 10]. Структурная схема установки представлена на рис. 1.

Образец вручную укладывался на сетчатый носитель, закрепленный на коленчатом валу, и помещался в зону бланширования водой. Затем путем поворота коленчатого вала носитель с образцом перемещался в зону обработки паром. По окончании процесса предварительной тепловой обработки (ПТО) образец удалялся из установки.

Планирование двухфакторного эксперимента было произведено по методу комбинаторных квадратов [11]. В качестве параметра оптимизации выбрана длительность обработки сырья паром, а факторами оптимизации – температура воды, которая варьировалась от 70 до 95 °С, и длительность обработки водой – от 60 до 300 с. Температура пара не изменялась и составляла 100 °С.

Окончание процесса бланширования соответствовало достижению в центре образца температуры 60 ± 1 ºС [5; 7]. Остаточное содержание карбамида в бланшированном полуфабрикате было определено 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 продукта2.

Рис. 1. Структурная схема экспериментальной установки для комбинированного бланширования Fig. 1. Structural diagram of the experimental unit for combined blanching

Статистическая обработка полученных результатов методом нелинейной регрессии осуществлялась с использованием программы DataFit версия 9.1.32. Адекватность математической модели проводилась с помощью критерия Фишера и коэффициента детерминации [12]. Функцией отклика являлась длительность обработки паром, с; варьируемыми факторами: температура воды х ₁ , ^o С; время обработки водой х ₂ , с.

Результаты и обсуждение

Необходимость первого этапа исследования обусловлена невозможностью обеспечения одинаковых геометрических размеров крыльев ската. В результате предварительных исследований установлено, что удельная поверхность крыла ската изменялась от 0,1667 до 0,4360 м ² /кг при изменении массы от 48,57 до 264,18 г.

В ходе проведения первого этапа работы выделены три размерно-массовые группы сырья, содержащегося в блоке массой 10 кг (время вылова – осень 2016 г.), представленные на рис. 2. Полученные результаты подтверждены последующими исследованиями в течение нескольких сезонов вылова (с осени 2016 г. по осень 2018 г. включительно).

■ удельная поверхность от 0,2060 до 0,3060 кв.м/кг

■ удельная поверхность более 0,3060 кв.м /кг

■ удельная поверхность менее 0,2060 кв.м /кг

■ удельная поверхность от 0,2060 до 0,3060 кв.м /кг

■ удельная поверхность более 0,3060 кв.м/кг удельная поверхность менее 0,2060 кв.м /кг

б

а

Рис. 2. Размерно-массовые группы сырья крыльев ската мороженого (ТУ 9261-028-00038155 "Скат мороженый полуфабрикат для промышленной переработки") блока массой 10 кг: а – по удельной поверхности; б – по массе

Fig. 2. Size-mass groups of raw materials for frozen stingray wings of a block weighing 10 kg: a – on the specific surface; б – by weight

На основании проведенного анализа представленных результатов для проведения дальнейших экспериментальных исследований выбрана группа сырья с удельной поверхностью 0,2560 ± 0,05 м ² /кг и средней массой образца 161,33 г.

Рис. 3. Сравнение средней массы образцов крыльев ската мороженого

Fig. 3. Comparison of the average mass of samples of frozen stingray wings

Для проведения второго этапа исследования определены два гидромодуля 1 : 9 и 1 : 15, которые могут быть рекомендованы для промышленных бланширователей.

В результате реализации плана эксперимента и оценке эффективности удаления мочевины выделен режим, рекомендованный для промышленного применения и представленный в табл. 2.

Таблица 2. Рекомендуемый промышленный режим комбинированного бланширования (вода – пар) ската звёздчатого

Table 2. Recommended industrial mode of combined blanching (water – steam) of the stingray stellate

о и О cti u S	Длительность обработки, с		Температура теплоносителя, °С		Потери массы, %	Выход полуфабриката, %	Эффективность удаления мочевины при ПТО (бланширование "вода – пар") с учетом потерь массы полуфабриката, %
	вода	пар	вода	пар
1 : 9	180	150	90	100	11, 2	88,8	42,50

Длительность обработки паром при фиксированной удельной поверхности описывается уравнением нелинейной регрессии, полученным в результате обработки экспериментальных данных:

y = 401114,922 + 19732,849x + 362,628 x ² + 2,950 + 0,009 + 1,325x + 0,004x ² . 12

Поверхность отклика факторного пространства длительности обработки паром для гидромодуля 1 : 9 представлена на рис. 4. При p = 0,95 критерий Фишера F ф _акт = 4,318 (F _табл = 3,52), коэффициент детерминации R ² = 0,56. Таким образом, модель принята допустимой, адекватной, все коэффициенты уравнения – значимы.

Рис. 4. Поверхность отклика факторного пространства длительности обработки паром при гидромодуле 1 : 9

Fig. 4. Surface response of the factor space of the duration of steaming at the hydromodule 1 : 9

Использование полученной поверхности отклика позволяет прогнозировать длительность обработки паром ската звёздчатого при комбинированном бланшировании (вода – пар).

Заключение

Проведенные исследования позволили установить, что для крыльев ската звёздчатого "Скат мороженый полуфабрикат для промышленной переработки" (ТУ 9261-028-00038155-02), выловленного в Баренцевом море, удельная поверхность составляет 0,2560 ± 0,05 м ² /кг, что соответствует 75 % от блока массой 10 кг, при средней массе образца 161,33 г.

Разработанное уравнение нелинейной регрессии, описывающее влияние температуры воды и длительности обработки водой на длительность обработки паром крыльев ската звёздчатого при комбинированном бланшировании (вода – пар), позволяет прогнозировать режим бланширования.

Разработанный способ комбинированного бланширования (вода – пар) ската звёздчатого полностью исключает процесс предварительной отмочки и как следствие, оводнение мяса ската. Указанный способ позволит получать полуфабрикат, пригодный для дальнейшей переработки в пищевых целях.

Для промышленного применения может быть рекомендован следующий режим комбинированного бланширования (вода – пар): гидромодуль 1 : 9, длительность обработки водой 180 с (3 мин) при температуре воды 90 °С, последующая обработка паром в течение 150 с (2,5 мин) при температуре пара 100 °С. Выбранный режим имеет эффективность 42,5 %, практически равную эффективности других способов бланширования ската звёздчатого, при более высоком выходе полуфабриката, равном 88,8 %. Полученный полуфабрикат может быть рекомендован как для приготовления кулинарной продукции, так и для производства консервов из ската звёздчатого.