Способ интенсификации процесса посола пресноводных рыб

Введение. Посол рыбного сырья, являясь одной из важнейших технологических операций при производстве практически всех видов рыбной продукции (соленая, пресервы, копченовяленая продукция), существенно влияет на качество готовой продукции.

Известно, что посол основан на проникновении соли в ткани рыбы под влиянием физических и химических факторов и представляет собой диффузию соли в мышечную ткань рыбы и диффузно-осмотический процесс переноса воды из мышечной ткани рыбы в раствор соли. Продолжительность и скорость посола рыбного сырья в связи с тем, что рыба образует сложную систему, состоящую из белков (гидрофильные коллоиды), которые структурно организованы в различные ячеистые и волокнистые мышечные ткани разной плотности, пронизанные жидкостью, а также жира (в виде как мелких капель, так и значительных скоплений), который не растворим в воде и не смешивается с солью, зависят от многих факторов.

Классические способы посола рыбного сырья, как правило, отличаются длительностью производственного цикла, в результате чего под действием соли происходит свертывание белков, что приводит к ослаблению консистенции и расслоению мяса по миосептам, а также потере массы рыбы.

Ученые и технологи рыбной отрасли продолжают работы по совершенствованию и интенсификации способов посола рыбы в целях повышения качества готовой продукции и сокращения продолжительности процесса. При этом способы совершенствования посола направлены, как правило, на решение одной из двух основных задач: улучшение потребительских свойств готового продукта или интенсификацию процессов посола [1–6].

В некоторых случаях авторы пытаются решить одновременно обе задачи. Например, посол рыбы в насыщенном тузлуке, который осуществляют в среде газообразным CO 2 , N 2 или Ar в течение 15–18 мин под давлением P = 4–6 МПа, позволит сократить продолжительность процесса, улучшить пищевую ценность и органолептические свойства готового продукта [7].

Обеспечивает сокращение продолжительности процесса посола и получение качественной слабосоленой рыбы с улучшенными органолептическими показателями также посол рыбы, осуществляемый в созревательном тузлуке, который готовят с включением йодированной соли, ферментного препарата «Протамекс» и измельченных высушенных ягод барбариса с погружением индустриального процессора для кавитационной дезинтеграции жидких сред и воды Hielscher Ultrasound Technology UP [8].

Продолжительность посола пресноводных видов рыб при производстве соленой и копченовяленой продукции, проводимого традиционным мокрым или смешанным способом, составляет от 24 до 72 ч в зависимости от вида и массы рыбы, способа разделки и т. д. Точное время посола определяется лабораторным анализом по содержанию соли в мышечной ткани рыбы. Для равномерного просаливания и распределения соли в мышечной ткани рыбы необходимо также проведение технологической операции, такой как выравнивание солености после извлечения рыбы из солевого раствора. Эта операция проводится в течение 12–24 ч. Такая длительность процесса приводит к снижению потребительских свойств готовой продукции. Поваренная соль существенно изменяет нативные коллоидные свойства белков, и степень этих изменений зависит от концентрации соли в растворе и продолжительности посола. Кроме этого, в процессе посола активно действует липаза, вызывая гидролиз глицеридов, в результате чего увеличивается содержание свободных кислот, повышается кислотное число [9].

Цель исследования – обоснование и оптимизация режимов посола пресноводных рыб с применением вакуума и избыточного давления в специальном устройстве для посола в целях сокращения продолжительности и улучшения потребительских свойств готовой продукции.

Задачи: отбор факторов, наиболее значимых и существенных по степени их влияния на параметры оптимизации; разработка матрицы планирования эксперимента по методу Бокса-Бенкина; оптимизация режимов посола пресноводных рыб в устройствах для посола с применением вакуума и избыточного давления.

Методы. В ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический универси- тет» был изготовлен экспериментальный образец устройства для посола рыбы. Устройство содержит смесительную камеру для посола рыбного сырья, оборудованную теплоизолированным корпусом, в котором под внутренней обшивкой боковых стенок по всей поверхности смесительной камеры и полом встроены нагревательные элементы. В смесительной камере создается избыточное давление, обеспеченное компрессором, или разрежение, созданное с помощью вакуумного насоса. Герметичная крышка оборудована фиксаторами, температурным прибором с температурным датчиком. Манометр служит для измерения величины подаваемого давления, вакуумметр – для измерения давления ниже атмосферного. С внешней стороны находится трехходовой клапан с переключателем, сообщенный с вакуумным насосом и компрессором [10].

Отбор факторов, наиболее значимых и существенных по степени их влияния на параметры оптимизации, осуществляли методом случайного баланса, который включает в себя построение матрицы планирования, проведение опытов, обработку полученных результатов. Анализ результатов экспериментов проводили с помощью программного комплекса Statistica 10.

Процентное содержание поваренной соли в мышечной ткани рыбы определяли по ГОСТ 7636-85, активную кислотность (рН) в мышечной ткани рыбы исследовали по ГОСТ 28972-91. Структурно-механические свойства опытных образцов (предельное напряжение сдвига) определяли на пенетрометре Ulab 3-31M. В качестве индентора использовали конус с углом при вершине 60°.

Результаты и их обсуждение. Сокращение времени посола рыбного сырья, помещенного в смесительную камеру, осуществляется за счет поочередного изменения среды, контролируемой моновакууметром, оборудованным на крышке смесительной камеры, путем подачи избыточного давления, а затем разрежения с помощью устроенного с внешней стороны трехходового клапана, сообщенного с вакуумным насосом и компрессором. За счет такого воздействия увеличивается скорость проникновения в мышечную ткань рыбного сырья веществ, находящихся в растворе для посола.

Равномерность процесса посола достигается за счет постоянного поддерживания температурного режима по всему объему смесительной камеры, оборудованной теплоизолированным корпусом, в котором под внутренней обшивкой боковых стенок по всей поверхности смесительной камеры и полом встроены нагревательные элементы.

Перед загрузкой смесительной камеры готовили посольно-модифицирующий раствор, включающий ряд необходимых ингредиентов: вода, соль, сахар, пищевые кислоты, ферментные препараты, пищевые красители, – погружали в нее рыбное сырье, предварительно разделанное на филе или кусок, закрывали герметичной крышкой с помощью фиксаторов.

При нахождении рыбного сырья под вакуумом происходит быстрое насыщение мышечной ткани веществами, находящимися в растворе для посола. Давление увеличивает глубину их проникновения и, следовательно, скорость процесса обработки. Поддерживаемая постоянная температура раствора обеспечивает равномерность просаливания.

Посол проводили при оптимальной для действия ферментов температуре от 25 до 30 °С. Соотношение посольно-модифицирующего раствора и рыбы брали в соответствии с нормативными документами – 2:1.

В качестве основных факторов, влияющих на процесс посола, были приняты: Х 1 – продолжительность, ч; Х 2 – положительное (избыточное) давление, бар; Х 3 – отрицательное (вакууметри-ческое) давление, бар.

Критериями оценки влияния основных факторов на качество соленого продукта при посоле рыбы были выбраны: У 1 – содержание поваренной соли в мышечной ткани рыбы, %; У 2 – активная кислотность мышечной ткани (рН); У 3 – предельное напряжение сдвига, Па.

Уровни варьирования факторов представлены в таблице 1. Матрица планирования эксперимента по методу Бокса-Бенкина представлена в таблице 2.

Таблица 1

Фактор	Уровень варьирования факторов
	Верхний	Нулевой	Нижний
	+1	0	–1
Продолжительность (Х 1 ), мин	40	25	10
Положительное давление (Х 2 ), бар	2,0	1,5	1
Отрицательное давление (Х 3 ), бар	0,8	0,5	0,2

Таблица 2

Номер опыта	Фактор			Содержание пова ренной соли, % (Y 1 )	Активная кислотность мышечной ткани, рН (Y 2 )	Предельное напряжение сдвига, Па (Y 3 )
	Х 1	Х 2	Х 3
1	2	3	4	5	6	7
1	–1	–1	0	3,95	3,45	635
2	1	–1	0	3,61	5,06	560
3	–1	1	0	4,15	3,89	640
4	1	1	0	2,64	5,25	555
5	–1	0	–1	3,81	3,74	640

Окончание табл. 2

1	2	3	4	5	6	7
6	1	0	–1	3,21	5,14	565
7	–1	0	1	4,30	4,02	630
8	1	0	1	2,86	5,28	525
9	0	–1	–1	3,90	4,32	500
10	0	1	–1	3,57	4,73	550
11	0	–1	1	4,26	4,57	495
12	0	1	1	4,85	4,78	530
13	0	0	0	4,82	5,35	680
14	0	0	0	4,84	5,34	680
15	0	0	0	4,84	–	–

Уровни варьирования факторов

Матрица планирования эксперимента по методу Бокса-Бенкина

На рисунке 1 представлены графики поверхностей и контуров, иллюстрирующие зависимость содержания поваренной соли в мышечной ткани рыбы (У1) от продолжительности про- цесса (Х1), значения положительного давления (Х2), значения отрицательного давления (Х3) при равном времени воздействия.

Рис. 1. Графики поверхностей и контуров, отражающие зависимость содержания поваренной соли в мышечной ткани рыбы (У 1 ) от продолжительности процесса (Х 1 ), ч, значения положительного давления (Х 2 ), значения отрицательного давления (Х 3 ) при равном явремени воздействия

Анализируя трехмерные поверхности отклика (см. рис. 1), следует отметить, что увеличение процентного содержания соли в мышечной ткани рыбы зависит как от продолжительности процесса, так и от уровня давления. С увеличением времени процесса процентное содержание соли в мышечной ткани увеличивается. Содержание соли повышается с увеличением уровня положительного давления и снижением уровня отрицательного в равной степени.

Оптимальное значение процентного содержания соли (от 4,0 до 4,5 %) в мышечной ткани достигается при воздействии положительного давления 1,5–1,6 бар и отрицательного (вакуу-метрического) 0,4–0,6 бар. Продолжительность процесса составляет 25–30 мин.

На рисунке 2 представлены графики поверхностей и контуров, иллюстрирующие зависимость активной кислотности мышечной ткани, рН ( У 2 ) от продолжительности процесса (Х 1 ), значения положительного давления (Х 2 ), значения отрицательного давления (Х 3 ) при равном времени воздействия.

Рис. 2. Графики поверхностей и контуров, отражающие зависимость активной кислотности мышечной ткани, рН (У 2 ) от продолжительности процесса (Х 1 ), значения положительного давления (Х 2 ), значения отрицательного давления (Х 3 ) при равном времени воздействия

Активная кислотность, рН мышечной ткани рыбы, как видно из рисунка 2, зависит как от продолжительности процесса посола, так и от величины давления. С увеличением времени процесса активная кислотность мышечной ткани увеличивается. Рост значений положительного давления в большей степени, чем снижение отрицательного давления (степень вакуума), влияет на активную кислотность (рН) мышечной ткани рыбы. Оптимальная активная кислотность (рН) (5,0–5,5) достигается при воздействии положи- тельного давления 1,5–1,6 бар и отрицательного (вакууметрического) 0,5–0,6 бар. Продолжительность процесса составляет 25–30 мин.

На рисунке 3 представлены графики поверхностей и контуров, иллюстрирующие зависимость предельного напряжения сдвига ( У 3 ) от продолжительности процесса (Х 1 ), значения положительного давления (Х 2 ), значения отрицательного давления (Х 3 ) при равном времени воздействия.

Рис. 3. Графики поверхностей и контуров, отражающие зависимость предельного напряжения сдвига (У 3 ) от продолжительности процесса (Х 1 ), значения положительного давления (Х 2 ), значения отрицательного давления (Х 3 ) при равном времени воздействия

Оптимальные значения предельного напряжения сдвига (550–600 Па) достигаются также при воздействии положительного давления 1,5– 1,6 бар и отрицательного (вакууметрического) 0,4–0,6 бар. Продолжительность процесса составляет 25–30 мин.

Регрессионный анализ экспериментальных данных, проведенный в программе Statistica 10.0, позволил получить аналитические зависимости, отражающие влияние независимых факторов на исследуемые показатели в виде полиномиального уравнения второй степени:

Y = a ₀ +

з

+ i=l

^ a tx? + i=l

з з

^ ^ ^a ijXiXj, i=i i

где Y – функция отклика; X i – значение факторов; a 0 – свободный член; a i – i-линейный коэффициент; a ii – ii-квадратичный коэффициент; a ij – ij-коэффициент взаимодействия.

Все модели являются достоверными, и величина R2 для всех регрессионных моделей была выше 0,9, что свидетельствует о высоком уровне корреляции.

Заключение. Таким образом, с использованием математического планирования эксперимента по методу Бокса-Бенкена установлены оптимальные режимы посола рыбного сырья: продолжительность посола – 25–30 мин при положительном (избыточном) давлении 1,5–1,6 бар и отрицательном (вакууметрическом) давлении 0,4–0,6 бар при равных промежутках времени чередования их воздействия.

Такая обработка позволяет получить соленую рыбу с процентным содержанием соли в мышечной ткани 4,5–4,8 %, активной кислотностью (рН) 1,4–1,6 и предельным напряжением сдвига 550–600 Па.