Лекции ХТРП

КАМЧАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ РЫБНЫХ ПРОДУКТОВ
ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РЫБНЫХ ПРОДУКТОВ
Конспект лекций
Специальность 140401
«Техника и физика низких температур»
Петропавловск-Камчатский
2005
26
СОСТАВИТЕЛЬ
доцент кафедры технологии рыбных продуктов М.В. Ефимова
РЕЦЕНЗЕНТ:
Р.М. Вахракова, начальник научно-исследовательского отдела КамчатГТУ
Курс лекций по дисциплине «Холодильная технология рыбных продуктов» разработан в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для студентов специальности
070200 «Техника и физика низких температур», утвержденного в 2000 году.
ОБСУЖДЕНО
На заседании кафедры технологии рыбных продуктов
______ноября 2005 г., протокол № ____
27
ЛЕКЦИЯ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
ПРОИЗВОДСТВА ОХЛАЖДЕННОЙ И МОРОЖЕНОЙ
ПРОДУКЦИИ
Консервирование рыбы и морепродуктов холодом - наиболее распространенный вид обработки водного сырья. В общем объеме продукции, производимой рыбной отраслью страны, доля мороженой постоянно увеличивается и в настоящее время составляет более 70 %.
Столь широкое применение холода в рыбной промышленности связано со многими положительными характеристиками, свойственными этому виду обработки:
– возможность быстрого консервирования больших количеств единовременно
поступающего и скоропортящегося сырья, что очень важно в условиях океанического промысла;
– длительность сохранения сырьем свежести с целью последующей переработки в любые виды съедобных продуктов (кулинарные, копченые, соленые и т.д.);
– наиболее высокий выход готовой продукции;
– универсальность технологии, позволяющей консервировать все виды сырья
водного происхождения (рыбы, моллюски, ракообразные, иглокожие, водоросли);
– возможность ослабить неравномерность промысла, обеспечить транспортирование продукции (без снижения качества) из мест добычи к местам потребления.
Кроме того, в производстве многих видов рыбных продуктов холод применяется не как основной консервирующий фактор, а как дополнительный. Так, без применения холода невозможно получить малосоленую деликатесную продукцию, сохранить качество кулинарных изделий и т.д.
Холодильная обработка по сравнению с другими способами консервирования
менее энергоемка. Расход энергии на 1 т готового продукта при замораживании составляет 100, стерилизации - 235, сушке - 660 кВт·ч.
Все процессы холодильной технологии можно условно разделить на две группы: основные и производные.
К основным процессам относят:
28
– охлаждение - это быстрое снижение температуры тела рыбы до значения,
близкого к криоскопической температуре тканевого сока, но не ниже ее.
Сроки хранения охлажденной рыбы от 1 до 10-12 сут;
– подмораживание (глубокое охлаждение) - температура тела рыбы снижается
на 1-2 °С ниже криоскопической. Сроки хранения подмороженной рыбы до 25 сут;
– замораживание - снижение температуры тела рыбы до -18 °С и ниже, когда
основное количество воды, содержащейся в рыбе, превращается в лед. Сроки хранения мороженой продукции от 4-6 месяцев до 1 года;
– хранение - поддержание необходимых температурно-влажностных характеристик воздуха, окружающего консервированную холодом продукцию с целью
обеспечения ее высокого качества в течение всего периода хранения;
– размораживание - постепенное повышение температуры тела рыбы до температуры, близкой к 0 °С, с целью восстановления ее первоначального состояния.
Производные процессы - процессы, в которых холод используется в качестве
основы для переработки, изменения формы, вида и свойств пищевых продуктов. К
ним относятся: сушка сублимационная (продукт находится в замороженном состоянии под вакуумом) и сушка холодная (удаление воды идет при низких положительных температурах); криоконцентрирование, обеспечивающее обезвоживание жидких пищевых продуктов; криоизмельчение, протекающее при субкриогидратных (50...-180 °С) температурах, когда продукт переходит в хрупкое состояние и может
быть измельчен до любого заданного размера; криоразделение, позволяющее фракционировать, разделять частицы различных размеров, слипающихся при положительных температурах.
Для сохранения качества охлажденного или замороженного сырья на всем пути
от производства до потребления должны поддерживаться те стабильные температуры, которые были достигнуты при охлаждении и замораживании и гарантируют
консервирующий эффект холодильной обработки, т.е. необходимо создавать «непрерывную цепь холода». Холодильная цепь рыбной промышленности представляет
собой взаимосвязанную систему предприятий и транспортных средств. В нее входят
29
рыбопромысловые, обрабатывающие и транспортные суда, стационарные производственные холодильники, железнодорожный и автомобильный рефрижераторный
транспорт, распределительные холодильники в районах потребления, холодильники
торговой сети, бытовые холодильники. Все звенья холодильной цепи организационно связаны и характеризуются общим принципом непрерывности соответствующих
температурных и влажностных режимов. Это обеспечивает доведение до потребителей продуктов с минимальными количественными и качественными потерями. Обработка сырья холодом не улучшает, а только сохраняет те его качественные признаки, которые оно имело до охлаждения. Эта технологическая закономерность свидетельствует о том, что в холодильной технологии качество сырца, направляемого
на обработку, предопределяет качество получаемой охлажденной или замороженной
продукции. Поэтому к качеству сырца предъявляются повышенные требования. Исследования процессов холодильной обработки сырца (рыб, беспозвоночных, водорослей) показали, что после охлаждения или замораживания сырец все же приобретает новые свойства, которых у него не было перед замораживанием. Они появляются вследствие физических, физико-химических и биохимических процессов, протекающих в тканях гидробионтов в период приготовления и особенно в период хранения охлажденных и замороженных продуктов. В зависимости от условий и режимов охлаждения, а также от исходного качества сырья эти изменения могут иметь
обратимый или необратимый характер.
Главной задачей холодильной технологии является ослабление развития необратимых процессов и изменений в тканях, чтобы в большей степени восстановить
при размораживании природные свойства сырца. Обратимость состояния сырца после его холодильной обработки зависит от комплекса причин: качества сырца, технологических режимов и санитарных условий производства, способов упаковывания, режимов и продолжительности хранения, условий размораживания продукта.
При холодильной обработке снижение температуры тела рыбы происходит за
счет отвода теплоты охлаждающей средой, имеющей более низкую температуру. В
качестве охлаждающих сред применяются разнообразные материалы, которые ус30
ловно можно разделить на гомогенные и гетерогенные. К гомогенным охлаждающим средам, получившим наибольшее распространение в холодильной технологии,
относятся газообразные и жидкие среды.
В качестве газообразных сред, как правило, применяют атмосферный воздух, в
меньшей степени - модифицированные атмосферы, сочетающие в большом количестве углекислый газ и азот. В воздухе всегда содержится водяной пар, количество
которого зависит от температуры: чем ниже температура, тем меньше влагоемкость
воздуха. Воздух широко применяют для замораживания, реже для охлаждения и в
основном для хранения замороженного сырья. В газообразных средах осуществляется охлаждение в любом желаемом диапазоне температур, обеспечивается теплообмен по всей поверхности тела рыбы, легко регулируется интенсивность процесса
теплообмена прежде всего за счет изменения скорости движения.
В качестве жидких охлаждающих сред используют пресную воду с температурой, близкой к 0 °С, морскую воду, охлажденную до температуры -2…-3 °С, холодные солевые растворы различной концентрации хлорида натрия и кальция, а также
раствор пропиленгликоля. Используются жидкие среды в технологии охлаждения,
подмораживания и замораживания.
К гетерогенным охлаждающим средам относятся водный и сухой лед, льдосолевая смесь, металлические поверхности (плит). При охлаждении в гетерогенных
средах теплоотвод от продукта осуществляется в более сложных условиях, чем при
использовании гомогенных сред. Здесь имеет место одновременное участие в теплообмене нескольких материалов: твердая среда и прослойка воздуха; лед, талая вода и воздух между кусочками льда и т.д. Гетерогенная среда образуется при замораживании продукта в кипящем хладагенте, когда в теплообмене одновременно участвуют испаряющаяся жидкость и пары хладагента, обладающие разными теплофизическими свойствами.
Охлаждающие среды должны быть инертны по отношению к продукту, не
вступать с ним в химическое взаимодействие, быть безвредными для здоровья обслуживающего персонала и потребителя. Для ускорения процесса теплообмена важ31
но, чтобы охлаждающие среды имели высокие теплофизические показатели (коэффициенты теплоотдачи, теплопроводности, температуропроводности и др.).
Для охлаждающих сред характерен ряд недостатков. В частности, газообразные
среды отличаются невысокими теплофизическими показателями, кроме того, они
вызывают усушку продукта. В жидких средах происходит набухание и частичное
просаливание продукта, вымывание органических и минеральных веществ из тканей
рыбы. К твердым металлическим поверхностям возможно примерзание продукта.
Производство водного льда требует значительного расхода энергии, сухой лед и
жидкий азот имеют высокую стоимость. Поэтому в производственных условиях выбор оптимальной охлаждающей среды зависит от конкретной ситуации и осуществляется на основе компромиссных решений.
Холодильная технология рыбных продуктов - постоянно развивающаяся комплексная научная дисциплина, использующая достижения физической и коллоидной
химии, биохимии, физики, теплотехники, математики. Значительный вклад в развитие холодильной технологии внесли профессора Ф.С. Касаткин, М.А. Головкин, Г.Б.
Чижов, В.П. Зайцев, В.П. Быков, а также Д.Г. Рютов, Н.А. Воскресенский и др.
Малые сроки хранения охлажденной рыбы вызывают необходимость совершенствования процесса охлаждения. Перспективным является внедрение в производство способа охлаждения рыбы в жидких средах в специальных контейнерах,
получение льда, обладающего антимикробной активностью, внедрение новых моделей льдогенераторов.
В технологии замораживания важно широкое использование способов обработки сырья, обеспечивающих высокую степень обратимости процесса замораживания.
Это, в частности, внедрение роторных морозильных аппаратов, которые позволяют
при одних и тех же площадях повысить производительность в 1,5 раза по сравнению
с воздушными морозильными аппаратами.
Нужно более широко применять иммерсионное (в солевых растворах) замораживание как контактное (рыба предназначена для посола или производства консервов), так и бесконтактное. Жидкостные морозильные аппараты просты и компактны,
32
рыба в них на 20-30 % замораживается быстрее, чем в воздушных морозильных аппаратах.
Перспективно внедрение криогенного и флюидизационного замораживания. В
криогенных аппаратах процесс замораживания протекает при температуре -120 °С и
ниже. Для этой цели чаще всего применяют жидкий азот или жидкий воздух. Низкотемпературная обработка резко сокращает продолжительность замораживания (до 420 мин), обеспечивает высокое качество продукта, значительно уменьшает усушку
при замораживании.
Флюидизационное замораживание применяют для мелкоштучного сырья (рыбные палочки, мясо креветки и т.д.). Продукт замораживается, находясь во взвешенном мобильном состоянии в потоке холодного воздуха (температура -35 °С и ниже),
поэтому процесс протекает очень интенсивно (продолжительность замораживания
10-20 мин). Важной задачей является внедрение в промышленность низкотемпературных режимов замораживания и хранения (-25...-30 °С). При такой температуре
изменения в рыбе столь незначительны, что ее качество сохраняется длительное
время. Низкотемпературное хранение несколько повышает себестоимость продукции (приблизительно на 7 % увеличиваются эксплуатационные расходы), но это
компенсируется сохранением высокого качества.
Эффективным направлением является повышение устойчивости охлажденных
и мороженых продуктов путем хранения в искусственной атмосфере: с уменьшенным содержанием кислорода и повышенным углекислого газа или азота, с использованием озона, ультрафиолетового облучения, криопротекторов.
С целью уменьшения потери массы мороженых продуктов из-за усушки необходимо внедрение автоматических систем регулирования температуры и относительной влажности воздуха в камерах хранения, использование вакуума и специальных пленок для упаковывания мороженых продуктов (типа «вторая кожа»), специальных глазировочных сред (поливиниловый спирт), антиокислителей при глазировании жирных рыб.
Экономически эффективно внедрение ступенчатых режимов хранения мороже33
ной рыбы. При таких режимах температура в камерах хранения устанавливается в
зависимости от сроков хранения: чем он длительнее, тем ниже температура хранения.
К прогрессивным способам размораживания относятся: размораживание конденсирующимся паром под вакуумом, размораживание в электромагнитном СВЧполе и токами промышленной частоты, с использованием ультразвука.
Общими перспективными направлениями совершенствования холодильной
технологии являются:
- повышение содержания в замороженных изделиях съедобных частей, которое
достигается за счет предварительной разделки рыбы (в частности, увеличение выпуска охлажденного и мороженого филе);
- внедрение технологии мороженого фарша из мелких, малоценных пород рыб
как полуфабриката для изготовления различных видов продукции, включая формованные и структурированные изделия;
- организация производства мороженой продукции мелкими брикетами по 1-2
кг с упаковыванием их в красочные коробки, пакеты из полимерных пленок, кашированную фольгу.
34
ЛЕКЦИЯ 2. ОХЛАЖДЕНИЕ И ПОДМОРАЖИВАНИЕ
ВОДНОГО СЫРЬЯ
Охлаждением называют процесс быстрого понижения температуры рыбы от
начальной до близкой к криоскопической температуре тканевого сока, но не ниже
ее. Криоскопическая температура для разных видов рыб различна и колеблется в
пределах -0,5...-2,3 °С. Для технических расчетов криоскопическая температура
принимается равной -1 °С. В нормативных документах температура охлажденной
товарной рыбы должна находиться в пределах -1…+5 °С.
В практике охлаждение применяется как самостоятельный вид консервирования, позволяющий поставлять потребителю рыбу с высокими вкусовыми качествами, и как вспомогательный вид консервирования сырья, предназначенного для последующей технологической обработки.
Изменения в тканях рыбы при охлаждении. Охлажденная рыба хранится более продолжительный период, чем неохлажденная (от 1 до 10-12 сут), что связано с
влиянием низких температур на скорость химических и ферментативных процессов
в тканях рыбы. Скорость протекания химических реакций в зависимости от температуры описывается уравнением
У = dG/dτ ⋅ f(t) ,
(2.1)
где У - скорость реакции, кг/ч;
G - количество продуктов реакции, кг;
τ - продолжительность реакции, ч;
t - температура рыбы, °С.
На практике для оценки влияния температуры на скорость химических реакций
пользуются так называемым температурным фактором скорости (отношение скорости одной и той же реакции при температурах, отличающихся на 10 °С). Для большинства химических реакций температурный фактор скорости составляет 2, 3, для
некоторых он имеет большее значение, например, при образовании в мясе трески
триметиламина - 3, летучих оснований - 7.
35
Для большинства ферментов скорость катализируемых ими реакций зависит от
температуры и определяется по уравнению Аррениуса:
ν = ν 0 ⋅ е −Ea /RT ,
(2.2)
где ν0 - константа скорости (постоянная величина), не зависящая от температуры;
Еа - энергия активации;
R - газовая постоянная;
Т - абсолютная температура.
Порча рыбы происходит в результате действия как собственных ферментных
систем, так и ферментов микроорганизмов, которые вначале присутствуют на поверхности рыбы, в жабрах, а затем проникают в ее ткани. Микробная клетка содержит большое количество разнообразных ферментов, локализованных в ее структурных элементах (рибосомах, лизосомах, цитоплазменной мембране и др.).
Выделяют следующие группы микроорганизмов по их отношению к действию
температур:
– термофильные (теплолюбивые), оптимум их действия 50-60 °С;
– мезофильные (развиваются при средних температурах), оптимум их действия
25-30 °С;
– психрофильные, оптимум их действия 5-20 °С.
Таким образом, при охлаждении рыбы и морепродуктов и их хранении в охлажденном виде термофильные и многие мезофильные микроорганизмы погибают или
переходят в спорообразное состояние, а психрофильные могут продолжать развиваться.
Порча охлажденных гидробионтов в основном связана с жизнедеятельностью
двух родов психрофильных бактерий - Pseudomonas и Achromobacter. Эти бактерии
развиваются на рыбе в виде полупрозрачных колоний, пленок, а иногда в виде слизи
зеленоватого цвета. Некоторые флюоресцирующие бактерии рода Pseudomonas вызывают позеленение или побурение поверхности охлажденной рыбы.
Температурные пределы развития большинства бактерий Pseudomonas и Ach36
romobacter следующие: максимальные 25-35 °С, оптимальные 10-20 °С, минимальные 0-5 °С. Поэтому для подавления их жизнедеятельности необходимо достижение
нижнего предела температуры, допустимой для охлажденной рыбы (-1 °С).
Температурный фактор скорости развития микроорганизмов рода Pseudomonas
в пределах температур от 5 до 20 °С равен 3,7; от 0 до 5 °С - 8,4. Почти такие же
значения
температурного
фактора
скорости
развития
и
бактерий
рода
Achromobacter.
Степень подавления активности ферментов и жизнедеятельности микроорганизмов зависит не только от конечной температуры, но и от скорости ее снижения.
При быстром понижении температуры тела рыбы происходит глубокое нарушение
обмена веществ, получившее название температурного шока. Это явление объясняется нарушением динамического равновесия биохимических процессов вследствие
того, что степень снижения ферментной активности при понижении температуры
неодинакова для различных ферментов. Поэтому в клетках происходит накопление
промежуточных метаболитов. Если такая дискоординация совершается резко, то,
как правило, наступает гибель биологического объекта. В большей степени подвержены температурному шоку молодые культуры микроорганизмов.
При медленном снижении температуры биологические объекты (микроорганизмы, собственно ферменты) адаптируются к неблагоприятным условиям. Поэтому
пойманную свежую рыбу без задержки необходимо охладить до температуры -1 °С,
при этом способ охлаждения должен обеспечивать высокую скорость процесса
(иначе рыба может быстрее испортиться, чем охладиться).
Помимо температуры большое влияние на стабильность свойств объектов в отношении развития микробиологических процессов при охлаждении и последующем
хранении имеют первоначальное количество микроорганизмов на рыбе перед охлаждением и величина рН тканей рыбы. Степень обсемененности микрофлорой зависит от ряда факторов, и прежде всего от санитарно-гигиенических режимов на всех
стадиях производства. Отсюда следует необходимость мойки рыбы, санобработки и
дезинфекции трюмов, тары, оборудования.
37
Рост микроорганизмов существенно зависит от концентрации ионов водорода в
субстрате. Предельные значения рН для микроорганизмов 4,0-9,0. В границах этого
интервала у большинства микроорганизмов оптимальные значения рН лежат в узкой
области, например для бактерий значения рН близки к нейтральной среде. Смещение рН в кислую сторону за счет накопления лактата и пирувата в начальной стадии
посмертного окоченения (рН 5,8-6,4) повышает стабильность мяса рыбы к микробиологической порче. В результате охлаждения тканей рыбы до криоскопической
температуры происходят изменения физических свойств: в несколько раз (8-10) возрастает вязкость жидких тканей (крови, слизи, саркоплазмы), уменьшается проницаемость мембран (сарколеммы, оболочек клеток и т.д.). Все это ухудшает протекание осмотических процессов обмена между клеткой и окружающей средой и способствует стабилизации гистологических структур. Понижение температуры ведет к
сокращению линейных и объемных размеров структурных элементов тканей (клеток, элементарных волокон, миотом).
Все эти явления вызывают повышение упругости всего тела рыбы. Если рыба
охлаждается сразу после асфиксии, то повышению упругопрочностных свойств тела
способствует наступление стадии посмертного окоченения по причине того, что при
охлаждении развивается процесс образования актомиозина, ведущий к биохимическому сокращению мышц. Поэтому важная задача охлаждения - как можно дольше
задержать наступление стадии посмертного окоченения рыбы.
Биохимические изменения в тканях охлажденного сырья при хранении.
При хранении в тканях сырья протекают сложные биохимические процессы под
влиянием ферментов: тканевых, пищеварительных и бактериальных. Причем скорость биохимических реакций значительно уменьшается с понижением температуры.
Из всех биохимических процессов, развивающихся в тканях тела охлажденной
рыбы, особенно влияют на потерю природных свойств сырца следующие:
– ферментативное расщепление гликогена (гликогенолиз), завершающееся образованием и накоплением лактата и пирувата, что ведет к сдвигу значений рН в
38
кислую зону и стимулирует проявление биохимической активности тканевых протеолитических ферментов (катепсинов), вызывающих протеолиз мышечных белков;
– ферментативное дефосфорилирование креатинфосфата и нуклеотидов в тканях промежуточных и конечных продуктов их распада (аммиака, фосфорной кислоты, инозина, гипоксантина, ксантина). Уменьшение содержания аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) вызывает ускорение завершения стадии посмертного окоченения и ведет к ослаблению устойчивости в хранении охлажденного сырья; уменьшение содержания инозинфосфорной кислоты (ИМФ) сопровождается потерей аромата свежести и ухудшением вкусовых качеств мяса;
– ферментативный протеолиз, ведущий к накоплению в тканях продуктов гидролиза пептидов (азотистых небелковых веществ), дезаминирования (азотистых оснований) и декарбоксилирования (аминов), влияющих на вкусоароматические свойства сырья. Гидролиз белков соединительных тканей повышает проницаемость
мембран и ослабляет связи между структурными элементами мышц (миотомы, элементарные волокна, сарколемма и др.), в результате чего ослабляются упругоэластичные свойства тканей тела рыбы, мышцы становятся дряблыми, неустойчивыми
к механическому и тепловому воздействию, легко расслаиваются по миосептам;
– ферментативные процессы восстановления ОТМА (окситриметиламина) и
образования ТМА (триметиламина) и ферментативное превращение ТМА в ДМА
(диметиламин) и формальдегид. Развитие этих ферментативных процессов характерно для мяса морских рыб и ведет к образованию неприятного запаха и к потере
водоудерживающей способности белков;
– ферментативное декарбоксилирование свободных аминокислот и образование
ядовитых аминов.
Все эти биохимические изменения ведут к потере природных свойств сырья и
возникновению новых технологических свойств, к ухудшению качества и потере
пищевой ценности сырца. Например, при хранении скумбрии накопление азота летучих оснований в мясе до 25 мг% (норма доброкачественности) наступает при 20
°С через 4 ч, при 3 °С - через 7,5 ч, при 0 °С - через 22 ч. Этот пример показывает,
39
насколько велико значение температурного фактора в технологии охлаждения.
Параметры процесса охлаждения. Процесс охлаждения заключается в отводе
тепла от тела, имеющего высокую температуру, к телу, имеющему более низкую
температуру. Интенсивность теплоотвода от продукта при охлаждении можно определить, применяя дифференциальное уравнение Ньютона:
dQ
= αFпр (t пр − t ос ) ,
dτ
(2.3)
где Q - количество отводимого тепла, кДж;
τ - продолжительность теплообмена, ч;
α - коэффициент теплоотдачи от продукта к охлаждающей среде,
Вт/(м2·К);
Fпр - поверхность продукта, м2;
tпр - температура охлаждаемого продукта, °С;
tос - температура охлаждающей среды, °С.
Если в уравнении Fпр заменить величиной удельной поверхности (
F
), а
V
( t п р − t ос ) = Δt , то уравнение будет иметь следующий вид:
F
dQ
= α ⋅ Δt ,
dτ
V
(2.4)
т.е. интенсивность охлаждения прямо пропорциональна коэффициенту теплоотдачи,
удельной поверхности продукта и разности температур продукта и охлаждающей
среды.
Из уравнения следует, что наиболее интенсивным теплоотвод будет в первый
период охлаждения, когда Δt имеет максимум. Так как Δt→0, то скорость охлаждения постепенно уменьшается. Отсюда следует практический вывод, заключающийся
в том, что для обеспечения высокой скорости процесса охлаждения необходимо
поддерживать как можно ниже температуру охлаждающей среды.
На практике предпочтительной температурой среды является температура -3
°С, так как при более низкой температуре начинается процесс льдообразования в
поверхностных тканях охлаждаемого сырья. В этой связи лучшими охлаждающими
40
средами являются: лед из морской воды, морская вода или солевой раствор (2-4 %
поваренной соли), имеющие температуру, близкую к -3 °С, а также льдосолевая
смесь (4-6 % поваренной соли к массе льда). Применение этих сред позволяет быстро и глубоко охладить рыбу и морепродукты, сохранить их качество.
Интенсифицировать процесс охлаждения гидробионтов можно также за счет
увеличения коэффициента теплоотдачи (α). Величина α зависит от вида охлаждаемой среды и условий процесса охлаждения. Охлаждающие среды в состоянии покоя
имеют следующие значения α: воздух 4,6-9,3; водный лед 116; жидкость 230-250
Вт/(м2·К). Значения α существенно возрастают при циркуляции охлаждающей среды. Например, для жидкости в зависимости от скорости циркуляции α возрастает до
550 Вт/(м2·К). Из приведенных данных следует, что скорость охлаждения максимальна при использовании циркулирующих жидких сред и минимальна при охлаждении в воздушных средах. Промежуточное значение занимают способы охлаждения рыбы водным льдом и твердыми охлаждающими средами. На практике необходимо учитывать, что высокая скорость охлаждения имеет место при обработке мелкой и средней рыбы. При охлаждении крупной рыбы скорость процесса теплообмена в большей степени определяется не величиной α, а коэффициентом теплопроводности мышечной ткани, который имеет невысокие значения (0,4-0,5 Вт/(м2·К)).
Ускорить процесс охлаждения можно также за счет увеличения удельной поверхности рыбы, например путем ее разделки. Величина удельной поверхности зависит от формы тела рыбы: чем меньше отношение толщины тела рыбы к ее длине,
тем больше удельная поверхность; мелкая рыба одного и того же вида имеет большую удельную поверхность, чем крупная, например, при увеличении длины тихоокеанской сельди от 25 до 32 см величина удельной поверхности уменьшается в 1,5
раза.
На интенсивность охлаждения гидробионтов оказывает влияние их химический
состав, прежде всего содержание воды и жира. При одинаковых условиях продолжительность охлаждения жирной и тощей рыбы приблизительно одинакова. Лишь в
случае неравномерного распределения тканевого жира (значительный подкожный
41
слой) внутренний перенос тепла к поверхности может замедлиться, и в целом процесс охлаждения жирной рыбы окажется более длительным. При технологических
расчетах, подборе холодильного оборудования необходимо знать количество теплоты, которое отводится от рыбы при ее охлаждении.
Теоретически расход холода на охлаждение включает следующие составляющие: явную теплоту, отвод которой сопровождается понижением температуры;
скрытую теплоту кристаллизации тканевого жира; теплоту дыхания (тепло экзотермических биохимических реакций). Явная теплота складывается за счет изменения
теплосодержания продукта и тепловых эффектов массопереноса.
Теоретический расход холода на охлаждение гидробионтов определяется по
формуле:
Q = G[C(t н − t к ) + G 0 (L к − L и ) + g] ,
(2.5)
где G - масса охлаждаемого продукта, кг;
С - удельная теплоемкость охлаждаемого продукта;
tн и tк - начальная и конечная температуры продукта, °С;
G0 =
Gи
- относительная потеря воды продуктом (усушка), кг;
G
Gи - масса испарившейся влаги из продукта, кг;
Lк - удельная теплота конденсации водяного пара, кДж/кг;
Lи - удельная теплота испарения водяного пара, кДж/кг;
g – внутреннее тепловыделение единицей массы рыбы за все время охлаждения, кДж/кг.
Если отсутствуют потери массы продукта за счет испарения воды (охлаждение
в жидких средах), формула упрощается:
Q = G[C(t н − t к ) + g] .
(2.6)
В случае охлаждения нежирной рыбы можно пренебречь величиной g1, значение теплоты дыхания g2 также невелико (примерно 0,6 кДж/к за 1 ч). Поэтому на
практике пользуются упрощенной формулой расхода холода:
Q = GC( t н − t к )
42
(2.7)
или
Q = G( i н − i к ) ,
(2.8)
где iн - начальная энтальпия продукта при tн, кДж/кг;
iк - конечная энтальпия продукта при tк, кДж/кг.
Значения энтальпий для некоторых видов рыб приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Значения энтальпий, кДж/кг
Температура, °С
Морской
Пикша Сельдь жирная
окунь
Тpecкa,
хек серебристый
0
278,4
222,8
323,3
318,3
5
296,4
341,2
341,6
336,1
10
314,4
360,1
359,9
354,1
20
348,8
381,0
396,6
390,2
Продолжительность охлаждения рыбы и морепродуктов зависит от их свойств,
свойств охлаждающей среды, условий, при которых протекает процесс (температура
и скорость движения охлаждающей среды, толщина продукта и др.). Дифференциальное уравнение Ньютона (2.3) не включает теплофизические показатели, зависящие от химического состава сырья, поэтому для расчета продолжительности охлаждения рекомендуется пользоваться формулой (2.9), предложенной Д.А. Христодуло,
и критериальным уравнением А. Фикина и И. Фикиной (2.10):
τ=
t − tк
2,32
⋅ lg н
,
F⋅α⋅n
tк − tс
G⋅C
где τ - продолжительность охлаждения продукта от tн до tк;
F - поверхность охлаждаемого продукта, м2;
α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К);
n - поправочный коэффициент (определяется опытным путем);
tс - температура охлаждающей среды, °С;
43
(2.9)
С - теплоемкость продукта, кДж/кг·К;
τ=
где
tn − t 0
V L2 2,3
[(
+ 0,8)lg
+ 0,12] ,
SL α Bi
tђ − t0
(2.10)
V
- для пластины равно 1, для цилиндра - 0,5, для шара - 0,33;
SL
L - толщина рыбы, м;
Bi =
αL
- критерий Био, где λ - коэффициент теплопроводности рыбы,
λ
Вт/(м·К).
Технологической задачей является сокращение продолжительности охлаждения
продукта. Это достигается за счет увеличения площади охлаждения, применения
охлаждающих сред с более высокими значениями коэффициента теплоотдачи α,
увеличения α путем циркуляции и снижения температуры охлаждающей среды.
44
ЛЕКЦИЯ 3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
ГИДРОБИОНТОВ
В зависимости от технологической задачи охлаждение применяют с целью:
– сохранения качества сырца при его доставке с мест лова на рыбообрабатывающие предприятия;
– сохранения качества сырца при его хранении на рыбообрабатывающем предприятии до направления в обработку;
– производства товарной охлажденной продукции;
– повышения производительности морозильных аппаратов (за счет сокращения
продолжительности замораживания);
– повышения консервирующего действия основного способа консервирования
(например, посола при приготовлении слабосоленой продукции).
В рыбной промышленности применяют несколько способов охлаждения сырья:
1) льдом; 2) холодным воздухом; 3) дробленым льдом и холодным воздухом; 4) смесью льда и соли (3-5 % массы льда); 5) холодной морской водой или холодным раствором поваренной соли (3-4 %); 6) холодной морской водой и льдом.
Во всех случаях охлажденную рыбу хранят в условиях, предупреждающих отепление. Наиболее широко применяют в рыбной промышленности способы 1, 5, 6.
Охлаждение рыбы водным льдом. Широкое использование льда в качестве
охлаждающей среды связано с его теплофизическими свойствами. Температура
плавления льда около 0 °С, теплоемкость 2,10 кДж/(кг·К), удельная теплота плавления 334,4 кДж/кг, плотность 917 кг/м3. Для охлаждения требуется значительное количество льда, которое заготавливается либо на берегу, либо на судах.
Естественный лед заготавливают в районах с суровым климатом путем вырезания или выпиливания крупных блоков из естественных водоемов, послойным намораживанием воды на горизонтальных площадках, наращиванием сталактитов в градирнях.
Лед берут только из тех водоемов, вода которых отвечает требованиям стандар45
та на воду питьевую и производственную, глубина водоема должна быть не менее
0,75 м, толщина льда не менее 0,2 м. Размер заготавливаемых блоков 1×1×0,7;
0,6×0,6×0,8 м.
Лед хранят на площадках в бунтах, укрывают теплоизоляцией, а также в специальных льдохранилищах. Основание льдобунта засыпают гравием, шлаком, для отвода воды делают водоотводные канавки.
Естественный лед хотя и широко используется в промышленности, имеет ряд
существенных недостатков:
– зависимость от климатических условий, сезонность заготовки;
– сезонный характер вынуждает запасать избыток льда, так как при хранении
он тает;
– заготовка трудоемка (выколка, дробление (1-3 см), транспортирование) и
себестоимость льда велика;
–лед обычно сильно загрязнен.
Искусственный лед, полученный в льдогенераторах, свободен от этих недостатков и, кроме этого, имеет ряд важных преимуществ:
– низкая загрязненность бактериями и органическими веществами;
– возможность получения льда заданных свойств и состава (антибактериальный), формы, в любое время года, в требуемом количестве;
– температура таяния льда из морской воды около -2 °С.
На судах чаще всего получают чешуйчатый лед из морской воды в специальных льдогенераторах, который имеет развитую поверхность теплоотдачи, плотно
прилипает к рыбе, обеспечивает ее быстрое охлаждение. Однако чешуйчатый лед не
подлежит длительному хранению из-за большой поверхности испарения и способности к быстрому таянию и смерзанию.
Для производства чешуйчатого льда отечественной промышленностью выпускается ряд моделей льдогенераторов непрерывного действия (серии Л, ИЛ, ФИЛ)
производительностью 130-1000 кг/ч, предназначенных для береговых предприятий
и судов различного типа. В качестве холодильных агентов в них применяется амми46
ак или хладон.
Сухой лед получают из диоксида углерода путем его замораживания. Он представляет собой твердое вещество белого цвета с температурой сублимации -78,5 °С.
При сублимации льда выделяется углекислый газ (СО2). Скрытая теплота плавления
сухого льда 586-606 кДж/кг, т.е. в 3,3 раза больше, чем у водного льда. Выделение
углекислого газа оказывает бактерицидное действие на аэробы, задерживает окислительные процессы. Сухой лед в рыбной промышленности применяется редко, так
как он дороже водного льда в 3-10 раз.
Для приготовления хлорного льда (антисептического) используют осветленный
10 %-й раствор хлорной извести. Раствор хлора смешивают с водой, которую используют для получения льда. К моменту потребления лед должен содержать активного хлора 30-60 мг на 1 кг льда.
Известно, что с увеличением концентрации электролита в растворе температура
его замерзания снижается. При достижении определенной концентрации электролита (криогидратной) и дальнейшем охлаждении температура замерзания уже не понижается, а образуется смесь льда и кристаллогидратов электролита с низкой и постоянной температурой (состояние эвтектики). Эвтектический лед широко применяется для изготовления хладоаккумуляторов - металлических емкостей, заполненных
эвтектическим раствором. Их охлаждают, а затем используют для охлаждения рыбы, перевозимой в автомобильном, железнодорожном транспорте.
В промышленности применяется охлаждение гидробионтов водным льдом в
инвентарной таре (ящик, бочка, контейнер и др.) и бестарным способом в трюме
судна. В подготовленную тару или отсек трюма послойно укладываются лед и рыба,
причем нижний и верхний слои должны быть ледяными.
Допускается предварительное перемешивание рыбы со льдом с последующей
укладкой рыболедяной смеси в тару. Но и в этом случае верхний слой должен состоять изо льда.
При соприкосновении рыбы со льдом вследствие разности температур сразу же
начинается теплообмен, результатом которого является охлаждение рыбы и таяние
47
льда. Образующаяся талая вода удаляется через отверстия в таре. Воздух, находящийся между частицами льда и соприкасающийся с рыбой в процессе охлаждения,
малоэффективен, так как имеет низкие теплофизические характеристики. Поэтому
основным фактором теплообмена является сам лед, и интенсивность процесса зависит от его дозировки, степени дробления, равномерности распределения и толщины
слоя рыбы.
На судах с неохлаждаемыми трюмами расход льда для пересыпки рыбы в ящиках зависит от температуры наружного воздуха и составляет 30 % к массе рыбысырца при 1-5 °С, 40 - при 5-10 °С, 50 - при 10-15 °C, 75 - при 15-20 °С и 100 % при
температуре окружающего воздуха выше 20 °С.
При хранении и транспортировании рыбы на судах с охлаждаемыми трюмами
расход льда для охлаждения рыбы в ящиках составляет от 30 (в холодное время года) до 40 % (в теплое время) к массе рыбы-сырца.
При недостаточной дозировке льда тело рыбы не успевает охладиться до температуры, при которой достигается эффект консервирования. В то же время большой избыток льда не дает заметного сокращения периода охлаждения (табл. 3.1). В
данном эксперименте начальная температура рыбы 20 °С.
Таблица 3.1
Влияние дозировки льда на продолжительность
охлаждения рыбы (судак)
Доза льда, % массы
Конечная температура
Продолжительность
рыбы, °С
хранения, ч
25
5
4
50
2
75
1
100
1
50
0
5
75
2,3
100
2,2
Из приведенных данных видно, что увеличение дозировки льда свыше 75 % к
48
массе рыбы существенного сокращения продолжительности охлаждения не дает.
Установлено, что продолжительность охлаждения рыбы при оптимальной дозировке льда практически не зависит от температуры окружающей среды. Но повышение температуры окружающей рыбу среды (вода, воздух) влечет повышение температуры тела рыбы, поступающей на охлаждение, что, в конечном счете, увеличивает количество теплоты, которое необходимо отвести от рыбы. Поэтому с ростом
температуры окружающей среды необходимо увеличивать и расход льда для охлаждения сырца, и наоборот.
Температура окружающей среды особенно существенно влияет на дозировку
льда с увеличением продолжительности хранения охлажденной рыбы, т.е. когда
требуется сохранить в теле рыбы достигнутую температуру охлаждения и предупредить отепление сырца. В этом случае действует правило: чем продолжительнее
хранение и выше температура окружающей среды, тем больше должна быть дозировка льда (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Зависимость дозировки льда от продолжительности хранения
охлажденной рыбы, кг на 100 кг рыбы
Продолжительность
хранения рыбы, ч
4
8
24
Температура воздуха, °С
ниже 20
25
50
75
выше 20
50
75
100
Интенсивность теплообмена определяется также площадью контакта между
льдом и рыбой. Кусочки дробленого льда имеют обычно неправильную геометрическую форму, и от их расположения зависит площадь контакта. Она будет максимальной, если кусочки льда соприкасаются с рыбой гранями, и минимальной, если
ребрами или вершинами. Кроме того, площадь контакта во многом определяется
размерами кусочков льда. Мелкодробленый лед, а особенно чешуйчатый или снежный, имея развитую поверхность, быстро охлаждает рыбу, не вызывая ее деформа49
ции. Применение льда со смешанной грануляцией ускоряет процесс охлаждения
рыбы. Это связано с повышением плотности укладки льда, что улучшает контакт
кусков льда с поверхностью тела рыбы (табл. 3.3).
Таблица 3.3
Влияние размеров кусков льда на плотность укладки
Характерис- Размер
Удельный Объем воздушных
Коэффициент
3
тика льда кусков, см объем, м
полостей, %
плотности укладки
удельного объема
Крупный
2,0
45,5
0,55
10×10×10
Средний
4×4×4
1,82
40,0
0,605
Мелкий
1×1×1
1,78
39,0
0,618
0,5-12,0
2,60
22,5
0,687
Смешанный
Изменение температуры окружающего воздуха в пределах 10…-2 °С практически не оказывает влияния на скорость охлаждения рыбы во льду. Однако при температуре ниже -2 °С прекращается таяние льда и происходит его смерзание, в результате чего значительно уменьшается поверхность теплообмена.
Рыбу и лед, как было сказано выше, укладывают послойно, мелкую и среднюю
- при толщине слоя не более 10 см, крупную - рядами, спинками вверх. Толщина
слоя льда между слоями рыбы должна быть 5-8 см, верхнего - не менее 10 см. При
бестарном способе охлаждения (в отсеках трюма) общая высота слоев рыбы и льда
не должна превышать: для тихоокеанских лососей 0,4 м; для сельдевых и мелкой
рыбы 0,6 м; тресковых, морского окуня, палтуса, камбалы и других крупных и средних морских рыб 0,7 м; для крупных частиковых рыб 1 м. При охлаждении в инвентарной таре, например в ящиках, общая высота рыбы и льда не должна превышать
0,3 м. Верхний слой льда должен быть на 1-2 см ниже края ящика для устранения
возможности повреждения сырья при складировании ящиков в штабель.
Охлаждение водного сырья в жидких средах. Этот способ получил наибольшее распространение на судах. На практике применяются погружной, оросительный
и комбинированный способы охлаждения. Обычно, охлаждающей средой является
50
морская вода, температура замерзания которой 1,5…-3 °С, или 2-4 %-е растворы поваренной соли в пресной воде, осмотическое давление которых приблизительно
равно давлению тканевого сока рыбы. Скорость циркуляции жидкости является
важным фактором интенсификации процесса охлаждения. Например, осуществляя
интенсивную циркуляцию среды с помощью эрлифта, можно повысить коэффициент теплоотдачи до 600-700 Вт/(м2·К). Однако при скорости движения воды более
0,2 м/с образуется пена, вызванная взаимодействием водорастворимых белковых
веществ и воды. Пена значительно замедляет процесс теплообмена между рыбой и
охлаждающей средой.
Рыбу для охлаждения помещают в специальные емкости (баки, бункера, цистерны) или аппараты, оборудованные системами циркуляции, очистки и охлаждения
воды. При погружном способе охлаждения соотношение массы и жидкой среды
должно составлять от 1:1 до 1:2, а при отсутствии циркуляции 1:3 или 1:4. В летнее
время, когда рыба может иметь температуру более 20 °С, происходит быстрое отепление охлаждающей среды, во избежание которого в воду рекомендуется добавлять
лед. Соотношение рыбы, воды и льда 2:1:1. Продолжительность охлаждения в жидких средах зависит от размеров рыбы, условий охлаждения, конструкции рыбоохладителя и составляет от 2-3 мин для кильки до 3 ч для крупной трески.
Судовые рыбоохладители в большинстве случаев периодического действия, и
после охлаждения каждой партии выловленной рыбы воду заменяют свежей, так как
она сильно загрязняется органическими веществами. В непрерывнодействующих
охладителях мелкой рыбы (кильки) предусматривается многократное использование
жидких сред, так как процесс охлаждения протекает интенсивно (4-5 мин) и загрязнение охлаждающей среды органическими веществами незначительно.
В судовых условиях применяется три способа охлаждения сырца в жидких средах: 1) рыба охлаждается в бункерах с предварительно охлажденной морской водой.
Стабильность температуры поддерживается за счет подачи льда; 2) рыба охлаждается в бункерах с предварительно охлажденной морской водой, но необходимая температура обеспечивается за счет работы встроенных теплообменников; 3) рыба в
51
охладителе загружается в холодную воду, температура которой поддерживается на
низком уровне за счет добавления льда и использования водоохладителей.
Третий способ обеспечивает высокую скорость и равномерность процесса охлаждения рыбного сырья за счет высокого коэффициента теплоотдачи и низкой
температуры льдоводяной смеси.
Промышленные способы охлаждения рыбы водным льдом и жидкими средами
имеют как преимущества, так и недостатки. Охлаждение рыбы льдом - простой, легко осуществимый для береговых и судовых условий способ. Рыба при этом имеет
высокое качество, так как она не набухает и не теряет водорастворимых азотистых
веществ, усушка ее незначительна. Лед, как правило, содержит небольшое количество микроорганизмов, что позволяет поддерживать требуемые санитарногигиенические условия производства. Наиболее удобно с точки зрения механизации
погрузочно-разгрузочных работ охлаждение льдом в ящиках и контейнерах.
Однако этому способу охлаждения присущи значительные недостатки: малая
скорость и неравномерность процесса охлаждения; большая энергоемкость; снижение уровня использования (50-70 %) полезной емкости тары, аккумуляционных камер, грузоподъемности механизмов; малый коэффициент полезного использования
льда (потери за счет таяния могут составлять 60-68 %); деформация тела рыбы при
недостаточном дроблении льда.
Часть указанных недостатков устраняется при применении жидких охлаждающих сред. В этих средах скорость охлаждения рыбы в 3-5 раз выше, чем во льду, и
рыба охлаждается равномерно до более низкой температуры (-1...0 °С). Технологические процессы при использовании жидких охлаждающих сред легче поддаются
механизации, более экономичны.
И все же процесс охлаждения в жидких средах не лишен недостатков. При хранении рыбы в жидкой среде качество ее ухудшается за счет набухания, частичного
вымывания азотистых веществ, незначительного просаливания. Например, при хранении в жидкой среде мелкой кильки и хамсы в течение 36 ч увеличение массы рыбы составляет 6 % от начальной, а потери общего азота – 4 % от исходного содер52
жания. В целях предупреждения набухания рыбы добавляют в воду 1,0-2,0 % поливинилового спирта, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), 2 % которой увеличивает в 3
раза продолжительность хранения рыбы без признаков набухания. К недостаткам
способа следует отнести и то, что в процессе контакта рыбы с холодным рассолом
последний загрязняется слизью, чешуей, другими органическими веществами, и его
нужно периодически заменять или очищать.
Наиболее перспективен комбинированный способ производства товарной охлажденной рыбы, при котором сырец быстро охлаждают до температуры -1…0 °С в
жидкой среде со льдом, затем укладывают в ящики или контейнеры, пересыпают
льдом и хранят при температуре около 0 °С. Такая технология позволяет получать
охлажденную рыбу высокого качества.
Хранение охлажденной рыбы. Охлаждение - это такой способ консервирования, при котором лишь временно и обратимо инактивируются ферменты и подавляется жизнедеятельность микроорганизмов. Даже при идеальном соблюдении температурных режимов в тканях рыбы протекают биохимические процессы под действием тканевых и бактериальных ферментов. Поэтому охлажденная рыба является
продуктом скоропортящимся. Сроки хранения охлажденной рыбы зависят от ее вида, времени вылова, разделки, условий охлаждения и хранения и составляют от 1 до
12 сут. Например, охлажденная салака хранится 1-1,5, килька - 2-3, скумбрия - 3,
камбала - 5-7, треска потрошеная - 10-12 сут.
Для увеличения сроков хранения охлажденной рыбы необходимо соблюдать
следующие требования:
использовать для производства безупречную по качеству рыбу, искусственно
умерщвлять ее (электрочекушение) для прекращения агонии, что сохраняет естественное содержание АТФ в мясе рыбы;
как можно быстрее после улова удалять из рыбы кровь, внутренние органы,
жабры, т.е. органы, содержащие в большом количестве ферменты и микроорганизмы;
соблюдать санитарно-гигиенические условия производства и хранения охлаж53
денной рыбопродукции;
хранить охлажденную рыбу при постоянной температуре -1...0 °С и относительной влажности воздуха 95-98 %.
В настоящее время в России и за рубежом ведутся разработки новых технологических приемов, позволяющих продлить сроки хранения охлажденной рыбы. Они
направлены на использование прогрессивных видов тары (ящиков, контейнеров) из
сплавов металлов, полимерных и комбинированных материалов. Другим направлением является применение антисептиков, антибиотиков, различных газовых сред,
ультрафиолетового и ионизирующего излучений для уничтожения микрофлоры,
способной развиваться при температуре около 0 °С. Как правило, антисептики, антибиотики вводят в воду, используемую для санитарной обработки помещений и
оборудования, а также мойки рыбы и изготовления льда. К антисептикам относятся
гипохлорит кальция или натрия, озон, перекись водорода, бензоат натрия. Хороший
эффект достигается при применении хлорного льда и льда, содержащего антибиотик, например биомицин.
Биомициновый лед увеличивает сроки хранения охлажденной трески до 15,
пикши - 13 и морского окуня - 14 сут. Содержание биомицина в мясе рыбы перед
употреблением не должно превышать 0,25 мг/кг.
Удлиняет сроки хранения охлажденной рыбы озонированный лед, который получают из воды, насыщенной озоном 5-10 %-й концентрации.
Перспективно для охлаждения водным льдом, хранения и транспортирования
рыбы использование изотермических контейнеров емкостью 1 м3. Стенки, дно и
съемная крышка у контейнеров трехслойные: наружный и внутренние слои выполнены из ударопрочного полимерного материала, средний - из теплоизоляционного
(полиуретана). Продолжительность хранения охлажденной салаки в таких контейнерах составляет 4-5 сут.
Хорошо хранятся охлажденные треска, пикша и морской окунь в контейнерах
из алюминиевого сплава вместимостью 0,6 м3. Расход льда составляет 30-40 % от
массы рыбы. Продолжительность охлаждения от температуры 5-7 °С до 0 °С со54
ставляет 1-1,3 ч. Крупная треска сохраняется в хорошем состоянии 9-11 сут, мелкая
треска и пикша - 7, морской окунь - 8-9 сут. Возможна перевозка рыбы в таких контейнерах на расстояние до 1000-1200 км.
Эффективным способом хранения охлажденных гидробионтов является использование модифицированных атмосфер. Их создают как в камерах хранения,
трюмах, где находится охлажденная в ящиках рыба, так и в полимерных пакетах, в
которые расфасовывается перед хранением деликатесная продукция.
Использование для хранения охлажденного филе окуня газовой среды, состоящей из СО2 (80 %) и воздуха (20 %), позволяет сохранить хорошее качество продукта в течение 13 сут. После 14 сут хранения количество триметиламина в филе,
хранившемся в модифицированной газовой атмосфере, в 7 раз меньше, чем в контрольном. Сроки хранения при 3 °С порционированного в пакеты атлантического
лосося в условиях пониженного давления диоксида углерода составляют 20 сут, что
на 12-14 сут больше по сравнению с контрольным образцом.
Положительные результаты достигнуты при хранении охлажденной черноморской кильки и салаки в герметичных контейнерах в парах жидкого азота. Килька в
таких условиях хранилась до 10 сут, салака - до 5 сут.
Значительное снижение количества микроорганизмов на охлажденных гидробионтах происходит при обработке их ультрафиолетовым излучением. Бактерицидные лампы с защитными экранами устанавливаются под транспортерами, по которым перемещаются филе, мясо моллюсков, ракообразных. Что касается обработки
водного сырья ионизирующим облучением, то из-за сложности проведения радуризации, защиты радиоактивных источников и возможности появления наведенной
радиации в продуктах в промышленных масштабах оно не применяется.
Пороки охлажденной рыбы. К ним относят механические повреждения, набухание, ослабевшую консистенцию мяса, лопанец, кисловатый или гнилостный запах
в жабрах и поверхностной слизи, посторонние запахи.
Механические повреждения проявляются в виде проколов и порезов на теле
рыбы, срыва кожи, сбитости чешуи и др. Возникают они при больших уловах в тра55
лах, длительном тралении, небрежном отношении к рыбе при транспортировании,
неправильной эксплуатации оборудования. Для предотвращения этого порока следует бережно относиться к сырцу, не нарушать технологию и не подвергать рыбу
излишнему механическому воздействию.
Набухает рыба, хранившаяся длительное время в жидкой среде. Этот порок
проявляется прежде всего у мелких сельдевых и анчоусовых рыб. Для его устранения лучше использовать в качестве охлаждающей среды морскую воду с температурой -3 °С, а также вводить в нее специальные вещества, снижающие способность к
набуханию тканей рыбы.
Ослабевшая консистенция мяса рыбы и лопнувшее брюшко (лопанец) возникают вследствие автолиза при задержке сырца перед охлаждением или при нарушении режимов охлаждения и хранения рыбы.
Порочащий, не свойственный охлаждаемой рыбе запах возникает часто в результате автолитических изменений и бактериального разложения тканей. Для предупреждения данного порока надо соблюдать требования технологических инструкций при производстве охлажденных гидробионтов.
К посторонним запахам относят запах нефтепродуктов, илистый, йодистый и
др. Первый порок возникает в результате контакта рыбы с нефтепродуктами в районе промысла. Особенно подвержены ему жирные рыбы. Илистый запах обусловлен
характером питания рыбы или местом обитания. Он встречается у многих пресноводных рыб и выражается в различной степени - от едва уловимого до очень резкого. Йодистый, лекарственный запах связан с высоким содержанием в воде йода,
брома и других микроэлементов. Как правило, рыба с таким пороком является доброкачественной.
56
ЛЕКЦИЯ 4. ПОДМОРАЖИВАНИЕ РЫБЫ
Принципиальным отличием этого способа консервирования является сохранение рыбных продуктов при отрицательных температурах, близких к криоскопическим, при условии частичного фазового перехода воды в лед. При подмораживании
конечная температура рыбы устанавливается в пределах -2…-3 °С, поэтому такую
продукцию называют переохлажденной или глубокого охлаждения. Понижение
температуры на 1-2 оС ниже криоскопической способствует увеличению сроков
хранения свежей рыбы в 1,5-2 раза по сравнению с обычным охлаждением во льду.
При температуре -2 °С изменения в тканях подмороженной рыбы при хранении протекают аналогично охлажденной, сохраняя общую направленность, но с существенной задержкой. Например, состояние посмертного окоченения в охлажденной рыбе
наблюдается на 1-2-е сутки, а при -2 оС на 8-12-е сутки хранения. В результате снижения скорости автолиза мышечная ткань рыбы в процессе хранения при -2 °С длительное время не претерпевает существенных изменений, приводящих к снижению
ее качества.
При подмораживании сырья вследствие льдообразования создаются неблагоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. В мясе трески при
температуре -2 °С около 52 % от общего содержания воды превращается в лед, а при
-3 °С кристаллизуется уже 66 % воды. Соответственно при этом возрастает концентрация тканевого сока, осмотическое давление, рН мяса рыбы смещается в кислую
сторону.
Исследования подмороженной рыбы при температуре хранения -3…- 4 °С показали, что понижение температуры рыбы ниже -3 °С вызывает изменения в тканях,
свойственные рыбе, замороженной при неблагоприятных условиях, и отрицательно
сказывается на ее качестве: появляется сухость и жесткость мяса, снижается водоудерживающая способность, ухудшается внешний вид. В этой связи для подмороженной рыбы особое значение имеет стабильность температуры в толще мяса, предпочтительно, чтобы она в течение всего периода хранения поддерживалась в преде57
лах -2±0,5 °С.
Качественные показатели подмороженной рыбы во многом зависят не только
от конечной температуры, но и от скорости ее снижения. При быстром подмораживании структура льда имеет мелкокристаллический характер, поэтому травмирование мышечной ткани незначительное. Кроме того, распад АТФ в тканях медленно
подмороженной рыбы происходит так же интенсивно, как и в охлажденной.
Долгое время оставался дискуссионным вопрос о целесообразности использования льда при хранении подмороженной рыбы. Считается, что применение льда
при хранении и транспортировании охлажденной рыбы нецелесообразно.
В промышленных условиях подмораживание рыбы осуществляется двумя способами: в морозильных аппаратах холодным воздухом, температура которого -30...35 °С, скорость циркуляции 5-6 м/с в течение 0,5-2 ч; в рассольных морозильных
аппаратах конвейерного или погружного типа в солевом растворе (плотность 11301160 кг/м3) при температуре -10…-14 °С в течение 10-20 мин.
Приведенные режимы подмораживания применяются для трески, черного палтуса, морского окуня, камбалы-ерша.
Продолжительность подмораживания зависит от конкретных условий процесса
охлаждения, вида и размера рыбы. При выгрузке из морозильных аппаратов температура в подмороженном слое рыбы (толщина 3-6 мм) должна составлять -3...-5 °С,
а в толще мяса -1...0 °С. В течение первых 12-24 ч хранения подмороженной рыбы
происходит выравнивание температуры по всему объему. Одновременно кристаллы
льда равномерно распределяются по всей толще мышечной ткани. Подмороженную
рыбу укладывают в ящики без льда, хранят и транспортируют при температуре -3...1 °С.
Подмораживание тунца в судовых условиях производится в емкостях с солевым раствором температурой -18 °С при соотношении рыбы и раствора 3:1. После
окончания подмораживания солевой раствор из танка откачивают. Рыбу хранят в
том же танке при температуре -2...-3 °С.
Срок хранения и транспортирования подмороженной трески не должен превы58
шать 20-25 сут, рыб тунцового промысла - 20 сут.
Подмороженная рыба по качеству несколько уступает охлажденной, так как
вследствие кристаллизации воды нарушается микроструктура тканей, снижается их
водоудерживающая способность, поэтому при отеплении теряется больше тканевого
сока.
Однако производство подмороженной рыбы имеет ряд преимуществ по сравнению с выпуском охлажденной и мороженой продукции. В частности, возрастает
производство продукции, близкой по качеству к свежей рыбе и имеющей увеличенные сроки хранения. Подмораживание рыбы по сравнению с замораживанием менее
энергоемко. Хранение и транспортирование подмороженной рыбы исключает необходимость применения льда, что улучшает санитарно-гигиенические условия и
снижает производственные расходы.
59
ЛЕКЦИИ 5
И
6. ЗАМОРАЖИВАНИЕ ВОДНОГО СЫРЬЯ
Замораживание - это консервирование сырья при температурах, значительно
ниже криоскопических температур тканевого сока, когда большая часть воды, содержащейся в рыбе, превращается в лед. В практике замораживания водного сырья
применяются температуры -18...-25 °С, причем за рубежом отмечается тенденция
снижения температуры замораживания и хранения гидробионтов до -30 °С, особенно это характерно для жирных рыб.
Рыбу замораживают в судовых условиях, в основном в виде блоков массой до
12 кг, реже - поштучно, а при подледном лове обычно россыпью. В зависимости от
способа разделки мороженую рыбу выпускают в целом виде, потрошеную с головой, потрошеную обезглавленную, разделанную на тушку, кусок, спинку, филе.
Мороженая рыба, как и охлажденная, - сырой продукт, требующий дополнительной обработки. По сравнению с охлажденной мороженая рыба значительно устойчивее в хранении - до 6-8 месяцев и даже до 1 года, но обязательно при соблюдении условий, достигнутых при консервировании.
Консервирование методом замораживания основано на принципах анабиоза
(крио-, осмоанабиоза), т.е. на подавлении, угнетении деятельности микроорганизмов
и биохимической активности тканевых ферментов.
Биохимическая основа гибели микроорганизмов недостаточно ясна. Известно,
что для роста и размножения микроорганизмов необходимо, чтобы в окружающей
среде (субстрате) вода находилась в доступной капельно-жидкой форме. Доступность содержащейся в микроорганизмах воды можно характеризовать таким показателем, как активность воды (αω). Значение αω для воды равно 1, и оно уменьшается
при концентрировании содержащихся в воде органических и минеральных веществ.
Развитие микроорганизмов возможно на средах со значениями αω=0,63÷0,99. Причем бактерии нуждаются в среде с более высоким значением αω (0,93 - 0,99), чем
дрожжи или плесени (0,88 - 0,91).
При замораживании вода из жидкой фазы переходит в лед, что и приводит к
60
гибели микроорганизмов, инактивирует тканевые ферменты. Ферментативные процессы гидролиза белков водного сырья приостанавливаются при температуре -18…20 °С. Ферментативный гидролиз и окисление тканевых липидов существенно замедляются при температуре -25…-30 °С.
Замораживание может вызвать изменения в тканях рыбы, приводящие к некоторому ухудшению качества мороженой рыбы по сравнению со свежей. В замороженной мышечной ткани после оттаивания функциональные свойства белков (водоудерживающая, липидосвязывающая, эмульгирующая и гелеобразующая способности) несколько ниже, чем у свежей рыбы. Основная причина этих изменений заключается в денатурации белков, особенно миофибриллярных. Нежелательные изменения в тканях рыбы при замораживании во многом зависят от режимов холодной обработки. Для обоснования оптимальных режимов, обеспечивающих возможно лучшее сохранение нативных свойств сырья, важно знать физические, биохимические и
микробиологические изменения в тканях при замораживании.
Физические основы льдообразования при замораживании. При понижении
температуры тела рыбы до температуры, несколько ниже криоскопической точки
жидких тканей (протоплазмы, слизи, крови), развивается процесс фазового превращения капельно-жидкой воды в кристаллический лед. Для начала процесса образования необходимо не только понижение температуры ниже криоскопической (т.е.
достижение стадии переохлаждения). Важно, чтобы в переохлажденной жидкости
появились факторы, которые бы способствовали преодолению силы межфазного
поверхностного натяжения на границе раздела фаз (вода, мышечные волокна, лед) и
созданию кристаллизационных центров (зародышей кристаллов). В качестве таких
зародышей для начала кристаллизации льда могут выступать взвешенные твердые и
коллоидные частицы, коагулят белков, пузырьки воздуха и т.д. Центры кристаллизации возникают прежде всего в межволоконных пространствах, так как там концентрация тканевого сока меньше, чем внутри волокна. Расположение центров кристаллизации, вероятно, происходит прежде всего на границе раздела твердой и жидкой фазы - оболочки волокна и внеклеточной жидкости. Энергия образования заро61
дышей кристаллов на поверхности мышечного волокна минимальна, потому что в
пленке внеклеточной жидкости на границе раздела молекулы воды определенным
образом ориентированы и более тесно привязаны друг к другу. Центры кристаллов
льда имеют форму тетраэдра, в котором молекулы воды располагаются по углам на
расстоянии между ними 3·10-10 нм. Из зародышей вырастают кристаллы льда различной формы и размеров. Характер льдообразования в тканях рыбы при непрерывном отводе тепла определяется двумя факторами: скоростью роста числа центров
кристаллизации и самих кристаллов. Максимальная скорость роста размеров кристалла приходится на температурный интервал -1...-5 °С, скорость образования зародышей кристаллов имеет максимум в более глубокой зоне охлаждения. Следовательно, при медленном охлаждении за счет высокой скорости роста кристаллов они
крупные (до 1000 мкм) и правильной формы (шестиугольные, гексагональные), локализуются в межволоконных пространствах, в миосептах, образуя иногда прослойки льда. При их формировании происходит значительное перемещение воды из мышечных волокон в межволоконные пространства. Большая часть этой воды после
таяния кристаллов льда теряет связь с белками и выделяется из мяса рыбы свободно
или под небольшим давлением. Миграция воды из белковых волокон в межволоконное пространство объясняется тем, что образование первых и последующих кристаллов повышает концентрацию невымороженной части клеточного сока. Тем самым создаются предпосылки для осмотического перемещения воды из волокон в
межволоконное пространство (криоосмос).
При средних и высоких скоростях охлаждения происходит сочетание роста как
числа центров кристаллизации, так и скорости. Кристаллы льда небольших размеров
(5-20 мкм), неправильной формы (дондриты). Они равномерно распределены как
непосредственно в волокнах, так и в межволоконных пространствах. При сверхбыстром замораживании (температуре -93...-194 °С) кристаллы образуются на 90 %
внутри волокон, имеют форму шариков, из которых исходит большое количество
очень мелких иголочек (0,2-0,3 мкм). Мелкие кристаллы льда оказывают не такое
сильное деформирующее воздействие на ткани рыбы, как крупные, что положи62
тельно сказывается на качестве замораживаемого сырья. Потери сока у рыбы, замороженной при низкой скорости теплоотвода, могут достигать 25 % массы рыбы. С
вытекающим соком теряются вкусовые и питательные вещества - белки, небелковые
азотистые и минеральные вещества. Так, в свободно вытекающем соке рыбы содержится около 1,5 % азота. Кроме того, консистенция мяса такой рыбы отличается сухостью, жесткостью или волокнистостью. Различие в количестве потерь мышечного
сока сырья, замороженного с разной скоростью, объясняется тем, что в мелких полостях быстро замороженной рыбы мышечный сок в большей степени удерживается
силой капиллярного сцепления, чем в крупных полостях медленно замороженной
рыбы.
Количество мигрируемой из волокон воды под действием криоосмоса в значительной степени зависит не только от интенсивности теплоотвода, но и от проницаемости оболочек волокон (сарколемм). Сарколемма в мышечной ткани свежей
рыбы обладает низкой проницаемостью для воды. С развитием посмертных изменений проницаемость оболочек возрастает, и даже при быстром замораживании задержанного сырья неизбежно образование крупных кристаллов в межволоконных
пространствах и обезвоживание волокон.
Крупные кристаллы льда, образованные в области миосепт, и эндомизия потенциально опасны при замораживании рыбы в стадии окоченения, когда в результате
сокращения волокон структурные элементы соединительной ткани претерпевают
значительные напряжения. Если к этому добавляется механическое воздействие
крупных кристаллов льда, то реальна опасность расслоения тканей по миосептам и
других нарушений гистологической структуры, особенно у рыб с нежной консистенцией.
Таким образом, для исключения отрицательного влияния криоосмоса, получения мелкокристаллической структуры льда в местах естественного распределения
воды в тканях, без ее миграции, необходимо сырье высокой степени свежести замораживать с максимальной скоростью.
Графическое изображение изменения температуры тела рыбы во времени назы63
вают кривыми замораживания. Температурные кривые процесса замораживания рыбы в воздушном и плиточном аппаратах представлены на рис. 3.1 и 3.2. Анализ кривых показывает, что изменение температуры в теле рыбы при замораживании носит
сложный характер. На кривых замораживания можно выделить три участка:
– период быстрого охлаждения, температура тела рыбы снижается от начальной до криоскопической (-1 °С);
– период замедления охлаждения, температура медленно снижается от -1 до -5
°С;
– период быстрого охлаждения, температура тела рыбы снижается от -5 °С до
температуры, близкой к температуре охлаждающей среды.
Итак, первый участок кривой характеризует охлаждение водного сырья, когда
консервирующий эффект достигается воздействием температурного шока. В технологии замораживания наибольший интерес представляет второй участок - зона наибольшего кристаллообразования. Холод при прохождении данного участка расходуется в большей степени на компенсацию теплоты льдообразования. Упорядочение
структуры жидкости при кристаллизации сопряжено с уменьшением интенсивности
молекулярного движения, что сопровождается освобождением значительного количества внутренней энергии, выделяющейся в виде скрытой теплоты фазового превращения из жидкого состояния в твердое. Если интенсифицировать отвод скрытой
теплоты льдообразования, то можно добиться получения мелкокристаллической
структуры льда в тканях рыбы (рис. 3.2). Наклон кривой замораживания на данном
участке свидетельствует о постепенном снижении криоскопической температуры
тканевого сока рыбы (нижняя точка около -5 °С), что связано с его концентрированием при переходе воды из жидкого состояния в твердое. Состав веществ, входящих
в жидкие ткани рыб, весьма разнообразен, но все они относятся к двум группам: водорастворимые минеральные соли (электролиты) и органические гидрофильные вещества коллоидного характера. Они образуют в воде либо истинные растворы, либо
разнообразные коллоиды (золи, гели, эмульсии, суспензии). Органические вещества
с коллоидной степенью дисперсности не влияют на криоскопическую температуру.
64
Органические растворимые вещества снижают энергию движения частиц воды, замедляют процессы диффузии и уменьшают скорость кристаллизации на 20-30 % по
Температура, оС
сравнению с чистыми растворами.
+20
+20
+15
+15
+10
+10
+5
+5
0
1
4
3
2
Продолжительность, ч
-5
1
-10
0,0
0,5
0
1,0
1,5
-5
2,0
-10
2
2,5
-15
-15
3
-20
-20
-25
-25
3,0
-30
-30
-35
-35
3,5
0 15 30 45 60
Толщина блока, мм
а
б
Рис. 5.1. Изменение температуры в блоке рыбы при воздушном
замораживании: а - блок рыбы; б - изотермы; в - изохроны; 1 - на поверхности блока; 2 - на глубине 15 мм; 3 - в центре блока. Толщина блока 60 мм, температура воздуха -35 °С
65
Т олщ ина блока, м м
30
-1 5
45
60
Температура,
о
С
-1 0
а
-5
0
0
15
-2 0
+20
0 ,0
+15
0 ,2 5
+10
+5
0 ,5
-5
1 ,0
П родолж ительность
зам ораж и ван и я, ч
-1 0
0
0 ,5
-5
-1 0
0 ,7 5
1
-1 5
-2 0
2
-2 5
-1 5
-2 0
1 ,0
-2 5
3
-3 0
-3 0
-3 5
-3 5
-4 0
-4 0
-4 5
-4 5
-5 0
-5 0
-5 5
-5 5
б
0 15 30 45 60
Т олщ ина блока, м м
в
Рис. 5.2. Изменение температуры в блоке рыбы при замораживании
в плиточном морозильном аппарате: а - блок рыбы; б - изотермы; в - изохроны: 1 на поверхности блока; 2 - на глубине 15 мм; 3 - в центре блока. Толщина блока 60
мм, температура плит -55 °С
Наибольшее влияние на криоскопическую температуру оказывают электролиты, концентрация которых по мере кристаллизации воды существенно возрастает.
К началу третьего этапа большая часть воды превращена в лед, и температура
тела рыбы на этом этапе быстро снижается. По мере уменьшения разницы температур между продуктом и теплоотводящей средой кривая замораживания в самом
конце процесса становится более пологой, что свидетельствует о снижении интенсивности теплообмена.
Если посмотреть затраты энергии на каждом участке кривой замораживания, то
66
следует отметить, что на первом этапе расходуется 15-20, на втором около 55, третьем 20-25 % холода. Эти данные свидетельствуют о том, что наиболее энергоемким
является сам процесс замораживания, т.е. фазовый переход воды в лед. Значительное уменьшение расхода холода на третьем этапе объясняется резким снижением
термического сопротивления замороженной части рыбы вследствие уменьшения теплопроводности почти в 2,5 раза.
Распределение температурного поля в объеме блока рыбы при замораживании
крайне неравномерно. В каждом элементарном слое блока рыбы по направлению от
поверхности к внутренним слоям процессы охлаждения, максимального кристаллообразования и замораживания до конечной температуры последовательно сменяют
друг друга. Причем поверхностные слои рыбы замерзают сразу, в то время как в
центре блока температура еще значительно выше криоскопической точки. И чем
быстрее процесс замораживания, тем больше неравномерность распределения температур в объеме блока рыбы. Так, в момент окончания процесса замораживания в
плиточном аппарате температура в центре блока рыбы составляет -18 °С, а на поверхности -50 °С. Тем не менее если сравнить качество рыбы, замороженной по
кривым, представленным на рис. 3.1 и 3.2, то предпочтение следует отдать продукту, замороженному в плиточном аппарате. Судя по кривым замораживания, фазовый
переход воды в лед при замораживании в плиточном аппарате составляет около 0,75
ч, в то время как в воздушном аппарате около 2 ч. Следовательно, мясо рыбы, замороженной в плиточных аппаратах, после размораживания в большей степени будет
приближаться к мясу свежей рыбы, так как в нем при холодильной обработке создана мелкокристаллическая структура льда.
Динамика вымораживания воды в тканях рыбы зависит от ряда факторов. В холодильной технологии воду, превратившуюся в лед, называют вымороженной. Количество вымороженной воды в продукте является функцией температуры. Приближенно его при любой температуре для разбавленных недиссоциированных растворов можно определить по формуле Рауля:
ω = 1 − t кр / t ,
67
(5.1)
где ω - количество вымораживаемой воды, кг;
tкр - криоскопическая температура, °С;
t - расчетная температура тела рыбы, °С.
При t = tкр ω = 0, т.е. процесс кристаллизации воды еще не наступает. При t = tэ
ω→1, т.е. при расчетной температуре продукта, равной эвтектической, вся способная к замерзанию вода превращается в лед. Для пищевых продуктов tэ= - 65...-55 °С.
Динамика вымораживания воды в тканях трески в зависимости от температуры
приведена в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Влияние температуры рыбы на количество вымороженной воды при
замораживании
Температура
рыбы, °С
Вымерзание воды, %
от общего от содержасодержания ния свободной воды
Температура
рыбы, °С
Вымерзание воды, %
от общего
от содерсодержания жания свободной воды
85,8
94,8
0
0,0
0,0
-12
-1,5
8,0
8,8
-14
86,9
96,0
-2
52,4
57,9
-16
87,8
97,0
-3
66,5
73,5
-18
88,4
97,7
-4
73,0
80,7
-20
89,0
98,3
1
2
3
4
5
6
-5
76,7
84,7
-22
89,4
98,8
-6
79,2
87,5
-24
89,8
99,2
-7
81,1
89,6
-26
90,0
99,4
-8
82,4
91,0
-28
90,2
99,7
-9
83,4
92,1
-30
90,3
99,8
-10
84,3
93,1
-36
90,5
100,0
Наиболее быстро и полно вымерзает капельно-жидкая вода смачивания или
68
структурно-свободная (3-10 % от общего содержания воды в тканях). Вымерзание
этой воды сопровождается образованием снеговой шубы на поверхности продукта.
Если посмотреть кинетику вымерзания воды, то наиболее интенсивно этот процесс
происходит при температуре -4±2 °С, что согласуется с данными, приведенными на
кривых замораживания. Вся свободная вода практически вымерзает при температуре -36 °С, в тканях рыбы при этой температуре остается только около 9,5 % (от общего содержания воды) незамерзшей воды. Эта часть воды (связанная) для разных
видов рыб находится в пределах 2-10 %.
Существует несколько методов определения количества незамороженной воды
в продукте: колориметрический, термодинамический, ядерного магнитного резонанса и электрической проводимости. С помощью метода ядерного магнитного резонанса установлено, что количество жидкой фазы в тканях замороженной трески определяется, хотя и в очень незначительных количествах, при снижении температуры
до значений, близких к -70 °С.
Поэтому формула (3.11) справедлива при замораживании до температур, при
которых вся свободная вода превращается в лед (-30…-36 °С), но даже в этом интервале температур доля вымороженной воды будет несколько завышенной, так как
не учитывается связанная вода, содержащаяся в тканях гидробионтов. Для более
точного расчета количества вымороженной воды рекомендуется пользоваться формулой, предложенной Д.Г. Рютовым:
ω = (1 − b
t кр
1− W
)(1 −
),
t
W
(5.2)
где W - общее содержание воды в продукте, кг/кг продукта;
b - содержание связанной воды, кг/кг сухих веществ;
tкр - криоскопическая температура материала, °С;
t - температура, при которой ведется расчет, °С.
Для расчетов количество связанной воды в продуктах животного происхождения b=0,27, растительного происхождения b=0,12 кг/кг сухих веществ.
На динамику вымораживания воды существенное влияние оказывает химиче69
ский состав сырья. На рис. 3.3 приведены кривые вымораживания воды в продуктах,
имеющих различное начальное содержание воды.
1.0
Количество вымороженной воды, кг/кг
1
0.8
2
0.6
3
0.4
0.2
0
-5
- 10
- 15
- 20
- 25
- 30
Температура, °С
Рис. 5.3. Изменение доли вымороженной воды в зависимости от температуры при
различной исходной влажности материала: 1-0,75; 2-0,52; 3-0,36
При одном и том же значении температуры вымораживание идет интенсивнее в
том продукте, в котором выше начальное содержание воды.
Анализируя динамику вымораживания воды в тканях рыбы (см. табл. 5.1),
можно подойти к обоснованию температуры ее замораживания. Так, около 98 %
свободной воды, содержащейся в рыбе, переходит в лед при температурах -18...-20
о
С, когда инактивируются протеолитические ферменты. Снижение температуры до -
30 °С обеспечивает переход в состояние льда еще около полутора процентов воды,
что значительно снижает активность липолитических ферментов.
Более глубоким замораживанием можно добиться и вымораживания связанной
воды, но такое замораживание технически сложно и экономически невыгодно. Поэтому при низкотемпературной обработке достаточная степень консервирования
достигается при замораживании тощего сырья до температуры -18...-20 °С, жирного
-25...-30 °С.
70
Фазовые изменения состояния воды определяют значительные изменения физических свойств рыбы-сырца. Так как вода при замерзании увеличивается в объеме
(на 8,5-9 %), то мороженая рыба также имеет больший объем, чем свежая (на 5-6 %).
Это необходимо учитывать при заполнении рыбой блок-форм перед замораживанием.
Изменение агрегатного состояния воды ведет по сравнению с сырцом (табл.
5.2) к уменьшению плотности (на 7 %), насыпной массы (приблизительно на 45 %) и
увеличению угла естественного откоса (приблизительно в 2 раза).
Таблица 5.2
Изменение физических показателей рыбы при замораживании
Температура, оС
18 (сырец)
Плотность,
кг/м3
987
Насыпная масса,
кг/м3
780-800
Угол естественного
откоса, рад
0,3-0,6
-20
921
470-490
0,8-1,1
(мороженая рыба)
Электрическое сопротивление рыбы зависит (при отрицательной температуре)
от соотношения жидкой и твердой фаз воды, т.е. от температуры объекта. Лед является хорошим изолятором, и если в материале выморожена вся вода, то его сопротивление будет очень большим. Появление жидкой фазы при таянии льда сопровождается резким падением сопротивления системы.
Механические свойства биологических материалов существенно зависят от
температуры. Среди структурно-механических свойств особое место занимают поверхностные, которые характеризуются адгезией. Они определяются усилием взаимодействия между поверхностями конструкционного материала и продукта при
нормальном отрыве или сдвиге. Адгезия продуктов к различным металлическим поверхностям неодинакова. Материалы в порядке убывания адгезии располагаются
следующим образом: алюминий, титан, сталь, цинк, латунь, медь, фторопласт. Сни71
жение температуры продукта с 18 до 5 °С приводит к уменьшению адгезии на 30-40
% за счет увеличения его вязкости.
Замораживание влагосодержащих продуктов сопровождается их примерзанием
к поверхности блок-формы. Это препятствует выгрузке замороженных блоков.
Из представленных ниже графиков (рис. 3.4) видно, что максимальная адгезия
продукта приходится на один и тот же температурный интервал (-10...-20 °С). Исходя из графических данных можно выбрать необходимую температуру на границе
мышечная ткань - блок-форма, при которой адгезия будет минимальной, а также более подходящий материал для изготовления блок-форм.
При положительных температурах мясу рыбы присущи упругопластические
свойства. С началом льдообразования по мере снижения температуры механические
свойства мяса рыбы меняются значительно, что обусловлено различием механических свойств льда и воды. Постепенное превращение воды в лед при понижении
температуры мяса рыбы вызывает соответственно ослабление пластических и нарастание упругих свойств. При замораживании увеличивается твердость рыбы. Например, при температуре -1 °С твердость рыбы составляет 4,4 Н, при температуре -2
°С она возрастает до 35 Н, а при -4 °С до 157 Н. Кроме того, при замораживании
увеличивается хрупкость мяса рыбы. Этот эффект используется для измельчения
мороженой рыбы в условиях отрицательных (субкриогидратных) температур в машинах ударного действия и получения при этом фарша по более простой технологии.
72
1.6
1
Напряжение, Н
0.8
3
Напряжение, Н
1.2
2
0.4
4
-80
-60
-40
Температура,
°С
Температура,
°С
-20
0
Рис. 5.4. Изменение нормальных напряжений при отрыве мышечной ткани в зависимости от температуры на границе сред: 1 - нержавеющая сталь; 2 - алюминий; 3 –
кремний - органический каучук; 4 - фторопласт
При замораживании рыбы происходит уменьшение ее массы, или усушка. Величина усушки зависит от способа замораживания, вида продукта и других факторов и составляет в среднем от 0,3 до 1,5 %. Как правило, при замораживании рыбы в
воздушных скороморозильных аппаратах величина усушки составляет 0,3-0,5 %.
Особенностью процесса является то, что после образования в поверхностном слое
продукта льда испарение воды происходит за счет его сублимации. Водяные пары,
образующиеся при усушке, конденсируются в виде инея на приборах охлаждения,
уменьшая интенсивность теплообмена. При медленном замораживании усушка продукта увеличивается. Для ее уменьшения рыбу рекомендуется перед замораживанием упаковывать в хорошо прилегающие полимерные пленки, укладывать плотно в
блок-формы с крышками.
73
Гистологические изменения рыбы при замораживании. Увеличение объема
льда, наличие у кристаллов льда острых граней вызывает упругопластические и необратимые изменения в естественной структуре тканей рыбы.
Размер, форма и распределение кристаллов льда в структуре продукта зависят
от его свойств и условий замораживания. Состояние мембран и клеточных оболочек, их проницаемость, молярная концентрация растворенных веществ, степень гидратации белков предопределяют особенности распределения льда в системе, размер
и форму кристаллов.
Более низкая концентрация растворенных веществ в межклеточном пространстве обуславливает разницу в значениях криоскопических температур структурных
элементов. По этой причине кристаллы льда формируются в первую очередь в межклеточной жидкости. Процесс этот сопровождается повышением осмотического
давления за счет роста концентрации растворенных в жидкости солей, что, в свою
очередь, обуславливает миграцию влаги из клеток.
При медленном замораживании с образованием крупных кристаллов вне клеток
происходит изменение первоначального соотношения объемов межклеточного и
внутриклеточного пространства за счет перераспределения влаги и фазового перехода воды. Быстрое замораживание предотвращает значительное диффузионное перераспределение влаги и растворенных веществ и способствует образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда.
В соответствии с изменением скорости замораживания, по мере перемещения
границ фазового перехода от периферии к центру продукта, меняются размер и характер распределения кристаллов льда. Наиболее мелкие кристаллы образуются в
поверхностных слоях продукта.
Условия замораживания влияют на равномерность распределения растворенных веществ по объему продукта. Увеличение концентрации неорганических веществ в зоне кристаллообразования может быть причиной их миграции во внутреннем слое материала.
Максимальное преобразование происходит при температуре -1...-5 °C. Поэтому
74
для предупреждения диффузионного перераспределения воды и образования крупных кристаллов льда этот температурный интервал необходимо проходить как можно быстрее.
Помимо внешних условий замораживания существенное влияние на размер
кристаллов льда и характер их распределения оказывают состав и свойства сырья.
Например, высокая степень гидратации белков мяса свежей рыбы, низкая проницаемость сарколеммы на этой стадии посмертных изменений препятствуют перемещению влаги из мышечного волокна. Поэтому кристаллы льда сосредоточены внутри мышечного волокна, а изменение его объема незначительно. Если рыба находится в состоянии автолиза, когда уменьшается гидратация мышечных белков и увеличивается проницаемость мембран и клеточных оболочек, то замораживание сопровождается значительной миграцией влаги в межволоконное пространство и образованием в нем крупных кристаллов льда.
Замораживание может привести к повреждению исходной структуры клеток изза нарушения полупроницаемости мембран и механического разрушения клеточных
оболочек кристаллами льда. Существует прямая зависимость между размерами кристаллов льда и степенью повреждения тканевых структур. Наибольшие структурные
изменения происходят при медленном замораживании, когда имеет место образование крупных кристаллов льда. В то же время отмечается значительное механическое
повреждение материала при сверхбыстром замораживании. Появление трещин и
разрывов при замораживании продуктов в жидком азоте объясняется возникновением в системе значительных механических напряжений, приводящих к разрушению
периферийных слоев продукта, утративших вследствие низкой температуры пластические свойства.
Оставшаяся деформация тканей рыбы как при медленном, так и при сверхбыстром замораживании ведет к ухудшению консистенции мяса, появлению признаков
дряблости, водянистости, к увеличению потерь сока и вкусовых веществ при оттаивании. Эти ухудшения технологических свойств необходимо предупреждать в первую очередь за счет направления на замораживание только безупречного по свеже75
сти и качеству сырья и применения быстрого его замораживания до возможно более
низкой конечной температуры.
Биохимические изменения в тканях рыбы при замораживании. Ранее считалось, что основное консервирующее действие холода связано с повреждением
белковых структур тканей рыбы и микроорганизмов, вызванным как механическим
действием кристаллов льда, имеющих острые углы и грани, так и разрывом клеток
вследствие расширения воды при фазовом переходе ее из жидкого состояния в твердое.
В современных представлениях о биохимических изменениях в тканях рыбы
при замораживании ведущая роль отводится процессу денатурации белков, вызванному влиянием на них температуры, дегидратации, концентрированных электролитов, рН среды. Наибольшим превращениям при холодильной обработке подвержены
миофибриллярные белки: актин, миозин, тропомиозин. Что касается саркоплазматической фракции белков, то она является более стойкой к низкотемпературному воздействию.
Денатурация белков рыбы прогрессирует при относительно высоких температурах замораживания и хранения. Причем она ускоряется, если мышечная ткань перед замораживанием повреждается, например в результате разделки рыб. Установлено, что наименьшая степень денатурации у рыбы, замороженной целиком, наибольшая - у фарша. В период замораживания изменяется связь жидкой фазы с белками, что объясняется прежде всего денатурацией (обезвоживанием) белков. Молекулы белков амфотерны, они состоят как из гидрофобных, так и из гидрофильных
центров. Конформация макромолекул большинства белков такова, что гидрофильные центры находятся во внутренней части молекулы, однако у нативных белков
часть гидрофильных групп остается на поверхности. Молекулы воды притягиваются
к этим гидрофильным группам, образуя высокоорганизованный барьер воды и создавая гидрофобно-гидрофильное взаимодействие между молекулами белков. Кроме
того, стабильность трехмерной пространственной структуры белковых молекул в
значительной степени зависит от водородных связей, проявляющихся также через
76
молекулы воды.
Вопросы дегидратации белковых молекул при замораживании недостаточно
изучены. Общепринятым считается следующее представление об этом процессе. Дегидратация молекул белков ведет к разрушению системы водородных связей, освобождению поверхностных участков, гидрофобных и гидрофильных макромолекул,
что делает их незащищенными и уязвимыми. Гидрофильно-гидрофобные взаимодействия могут иметь место как в самой макромолекуле белка в результате деконформации ее трехмерной структуры, так и между соседними белковыми молекулами, что ведет к их агрегации. Кроме того, соприкосновение белковых cтруктур способствует переносу некоторых активных структурных компонентов с одной поверхности на другую, например при контактировании сложных мембран, на которых локализованы ферменты в строго определенной последовательности. Нарушение этой последовательности ведет к инактивации ферментных систем.
При вымерзании воды концентрируются минеральные и органические вещества
в оставшейся части клеточного сока, изменяется рН среды. При обычной глубине
замораживания сырья до температуры -18...-20 °С более 90 % воды находится в кристаллическом состоянии, что вызывает десятикратное увеличение концентрации
растворов в тканях. Увеличение концентрации солей в тканевом соке оказывает
влияние на проницаемость клеток и свойства белков. Рост концентрации растворов
прежде всего сказывается на взаимосвязи второстепенных сил взаимодействия (вандер-Ваальсовых, водородных, гидрофобных), которые способствуют стабилизации
третичной и четвертичной конфигурации белковых макромолекул. Под влиянием
повышенной концентрации возможно образование сложных связей между соответствующими заряженными группами или субмолекулярными структурами белков,
липидов, углеводов, нуклеотидов. Такие группы, как –ОН, –СО, образуя диполи,
взаимодействуют с ионными группами белков. Кроме того, увеличение концентрации ионов солей способствует нарушению некоторых электростатических связей.
Изменения в белковых структурах ведут к денатурации, агрегации или диссоциации
белковых молекул при замораживании. Из миофибриллярных белков наиболее чув77
ствительным к денатурации считается миозин. Содержание растворимого миозина в
мышцах трески во время холодильной обработки может уменьшиться на 80 % от
общего содержания его в мышцах.
Увеличение концентрации в клеточном соке ионов Са+2 и Mg+2 способствует
полимеризации F-актина в волокна разнообразной длины, которые легко образуют
связи с липидами. К повышению концентрации солей особенно чувствительны липопротеиды, из которых в основном состоят мембраны клеток.
Степень денатурации белков при замораживании рыбы зависит от уровня содержания в ней липидов: с повышением жирности денатурационные изменения углубляются. Образующиеся продукты гидролиза и окисления липидов уменьшают
растворимость белков. Это связано с тем, что свободные жирные кислоты вследствие гидрофобного и гидрофильного взаимодействия присоединяются к соответствующим участкам молекул белков, создавая вокруг них жизнеспособные микроокружения. Причем актомиозин в большей степени теряет растворимость в присутствии свободных жирных кислот. Защитный эффект нейтральных липидов объясняется тем, что они растворяют свободные жирные кислоты, исключая возможность их
взаимодействия с белками.
Интенсивность и глубина денатурации белков зависят от температуры. Так как
дегидратация белков в большей степени происходит при температурах -1...-5 °С, то
и наиболее существенные изменения свойств белков имеют место при тех же температурах. Поэтому для ослабления необратимой денатурации белков необходимо при
замораживании как можно быстрее проходить «опасную» зону -1...-5 °С. Следует
отметить, что денатурационные изменения в белковых структурах практически прекращаются при температуре -25 °С и ниже.
Степень денатурации белков можно снизить за счет применения специальных
веществ - криопротекторов: полисахаридов, сорбитола, сахарозы, глюкозы, фруктозы, галактозы, ксилита, глицерина и других добавок. Известно практически около
150 веществ, обладающих в разной степени криопротекторным действием. Введение
в ткани продукта криопротектора снижает количество вымороженной воды, умень78
шая тем самым концентрацию электролитов в тканевом соке, а также способствует
усилению водородных и электростатических связей между диполями воды и функциональными группами белков. Естественными криопротекторами являются белки
холодолюбивых видов рыб, обитающих в арктических или антарктических водах.
Белки этих рыб проявляют высокую устойчивость к денатурации и не теряют своих
функциональных свойств при температурах ниже 0 °С. Криозащитные свойства
проявляют гликопротеины, выделенные из сыворотки атлантической трески. При их
наличии в тканях образуется мелкокристаллическая структура льда с нечетко выраженными (размытыми) границами между кристаллами. Существенный положительный эффект достигается при использовании в качестве криопротекторов фосфатов
как отдельно взятых, так и совместно с сахарами. На практике применяют композиции, состоящие из триполифосфата натрия и сахарозы или сорбитола.
Замораживание, хотя и не полностью, тормозит деятельность ферментов рыбы
и микроорганизмов. Следует отметить, что различные группы ферментов в разной
степени ослабляют свою биохимическую активность: наиболее чувствительна к
низким температурам группа протеолитических ферментов - уже при температуре 20 °С они прекращают катализировать биохимические реакции. Однако липолитические ферменты (липаза, липооксидаза, фосфолипаза и др.) при температуре -20 °С
продолжают катализировать гидролиз и окисление липидов. Для инактивации этой
группы ферментов требуется охлаждать рыбу до температуры порядка -30 °С, т.е.
для жирных рыб температура замораживания и хранения должна быть ниже, чем
для тощих.
Микробиологические изменения. Замораживание резко замедляет бактериологические процессы в тканях рыбы, поскольку у большинства микроорганизмов
температурный оптимум жизнедеятельности лежит в пределах от 20 до 40 °С, а температурный минимум колеблется от 10 до -10 °С, хотя некоторые плесени могут
существовать и при более низких температурах.
При охлаждении сырья замедляет жизнедеятельность мезофильная микрофлора. При снижении температуры ниже криоскопической прекращается рост психро79
фильных бактерий. Бактерии родов Serratia Flavobacterium прекращают размножаться при температуре ниже -5 °С. При температуре -7,5 °С наблюдается незначительный рост некоторых видов бактерий из родов Mucrococcus и Achromacter.
Дрожжи и плесневые грибы сравнительно устойчивы к низким температурам. Они
могут проявлять жизнедеятельность при температурах ниже 7,5 °С. Однако при -10
°С размножение микроорганизмов в основном подавляется. При замораживании
обычно погибает 60-90 % микрофлоры свежей рыбы. Индифферентны к замораживанию почвенные бактерии, приспособленные к перенесению низких температур в
естественных условиях обитания. Споры бацилл и клостридий малочувствительны к
низким температурам.
Устойчивость микроорганизмов к отрицательным температурам зависит от
трех факторов воздействия: температуры, скорости ее понижения и времени воздействия.
Действие отрицательной температуры на микроорганизмы проявляется в изменении внутри- и внеклеточного состояния воды. Максимально повреждающее действие оказывает внутриклеточное образование льда, когда происходит нарушение
структур плазматических мембран и клеточных оболочек. Кроме того, образование
льда приводит к повышению концентрации внутри- и внеклеточных растворов, что
изменяет осмотическое давление, ведет к денатурации белков. Чем ниже температура, тем интенсивнее отмирают микроорганизмы.
Медленное понижение температуры повышает устойчивость микроорганизмов.
Это проявляется, например, при ступенчатом замораживании - сначала медленном, а
затем быстром, что объясняется внеклеточной кристаллизацией, происходящей при
предварительном медленном понижении температуры. Микроорганизмы могут повреждаться холодом и без образования льда - в результате холодового шока при
очень быстром охлаждении. Микроорганизмы отмирают при хранении мороженого
продукта при низких температурах (рис. 3.5).
Сначала число клеток быстро уменьшается в результате действия замораживания. Затем следует замедленное отмирание микроорганизмов, наконец, остается не80
которое число устойчивых к низким температурам клеток, количество которых зависит от условий замораживания и индивидуальных особенностей вида микроорганизмов. Низкие температуры оказывают влияние не только на рост и размножение
микроорганизмов, но и на происходящие в них другие физиологические процессы.
Например, у некоторых бактерий наблюдается склонность к образованию слизи.
Однако надо иметь в виду, что развитие микроорганизмов при температуре ниже -10 °С, возможно, и биохимические процессы, как бы они ни были медленны,
могут привести к снижению качества продукта и к порче. Так, при длительном хранении замороженного продукта при температуре -8 °С могут развиваться плесневые
грибы. Они появляются отдельными колониями, которые затем увеличиваются и
уплотняются. Мицелий гриба проникает в толщу мяса, и начинается спороношение.
На поверхности продукта возникают белые, серые или черные пятна, в толще накапливаются продукты обмена плесеней, появляется затхлый запах. Поэтому важным
условием сохранения качества мороженого сырья является обязательное соблюдение принципа непрерывности холодильной цепи, т.е. не допускается отепление продукции при хранении.
2
3
К оличество микроорганизмов
Количество микроорганизмов
1
П родолж ит ельн ост ь хран ен ия, сут
Продолжительность хранения, сут
Рис. 5.5. Изменение количества микроорганизмов по фазам замораживания
и хранения: 1 - действие замораживания; 2 - отмирание при хранении; 3 - сохранение выжившей микрофлоры
81
Обратимость процесса холодильного консервирования гидробионтов. Основной задачей холодильной технологии является сохранение природных свойств
сырца, т.е. рыба после обработки должна иметь показатели, характерные для свежей
рыбы. Наиболее полно эта цель достигается в технологии охлажденной рыбы, когда
сохраняется природная структура тканей при условии торможения микробиологических и ферментативных процессов.
Замораживание сырца сопровождается образованием в тканях новых сложных
систем, состоящих из льда (чистый растворитель), концентрированного саркоплазматического раствора, содержащего органические и минеральные вещества, денатурировавших коллоидных систем с вкраплениями потерявших подвижность тканевых
липидов. Эта новая система остается стабильной до тех пор, пока сохраняется низкая температура тканей, достигнутая при замораживании. В случае отепления до
температуры криоскопической и выше факторы стабилизации исчезают и начинают
протекать процессы восстановления исходных природных коллоидных систем, золей, гелей, истинных растворов. Вода, образующаяся при таянии льда за счет разности осмотических давлений, перемещается в места, где при замораживании скопился концентрированный и незамерзший сок. Выравнивание концентрации солей в
клеточном соке способствует восстановлению активности функциональных групп
белков, т.е. при оттаивании рыбы происходит как бы восстановление натуральных
свойств сырца, и от того, насколько полно эти свойства будут восстанавливаться,
зависит важнейший качественный показатель процесса замораживания, который называют обратимостью состояния мороженой рыбы.
Следует отметить, что в биологии и медицине успешно применяются технологии замораживания и хранения плазмы крови, костного мозга, половых гормонов,
семенной жидкости и даже эмбрионов (недельных зародышей) сельскохозяйственных животных. Они позволяют сохранить биологическую полноценность замораживаемых тканей, что говорит о полной обратимости процесса замораживания. Но при
замораживании пищевых продуктов в промышленных условиях вследствие физикохимических изменений в них полной обратимости процесса замораживания достичь
82
не удается.
Теория и практика низкотемпературного консервирования свидетельствуют о
том, что обратимость процесса замораживания определяется двухэтапностью повреждающего действия низких температур. На первом этапе изменения в тканях рыбы связаны с самим фактом замораживания и являются результатом кристаллизации
воды, нарушения ее связей с белковыми макромолекулами, их денатурации. На втором этапе изменения происходят в период нахождения биосистемы в замороженном
виде и связаны с нарушением функционирования ферментных систем, механизмов
проницаемости мембран и др.
Несмотря на то, что холодильная обработка является основным способом консервирования рыбного сырья, условия достижения высокой обратимости процесса
замораживания, обеспечивающие высокое качество каждому виду размороженной
рыбы, недостаточно ясны.
Обратимость процесса замораживания определяется состоянием и изменением
водно-белкового взаимодействия в сырье в результате фазовых превращений воды.
В этой связи основными факторами, влияющими на обратимость процесса замораживания, являются: исходное биологическое состояние ткани, обусловливающее
свойства ее белковых компонентов; скорость и конечная температура замораживания; условия размораживания.
Исходное состояние ткани связано с посмертными автолитическими процессами в тканях рыбы перед замораживанием и во время низкотемпературной обработки. Хотя в литературных источниках даются неоднозначные рекомендации относительно того, когда рыбу лучше замораживать (до или после стадии посмертного
окоченения либо в стадии посмертного окоченения), все же большинство ученых
склоняется к тому, что рыба в момент направления на низкотемпературную обработку должна быть высокой степени свежести и находиться предпочтительно в состоянии допосмертного окоченения. При необходимости хранения рыбы перед замораживанием ее следует охладить во льду или морской воде. Охлаждение не только затормаживает посмертные автолитические и бактериологические процессы, но и
83
создает благоприятные условия для процесса наступления, протекания и разрешения
посмертного окоченения, что особенно важно. При таких условиях мыщцы сокращаются минимально, что вызывает небольшие повреждения соединительной ткани,
кровоизлияния, изменение цвета мяса мороженой рыбы.
Некоторые виды рыб (тунец, морской окунь и др.), которым даже при охлаждении свойственно значительное сокращение мышечных волокон, лучше замораживать в стадии посмертного окоченения или даже в начале его разрешения. В случае
замораживания такой рыбы до посмертного окоченения при продолжительном холодильном хранении стадия окоченения может совпасть с периодом размораживания, что приведет к существенным потерям тканевого сока, так как в стадии посмертного окоченения водоудерживающая способность тканей существенно снижается.
Большинство промысловых видов беспозвоночных характеризуется высокой
скоростью протекания посмертных изменений. Поэтому продолжительность их хранения перед замораживанием должна быть минимальной. Головоногих моллюсков
рекомендуется направлять на замораживание в состоянии предокоченения или его
разрешения, ракообразных - живыми или в состоянии предокоченения, двустворчатых и брюхоногих моллюсков - только живыми.
Для достижения высокой степени обратимости процесса замораживания обработку сырья необходимо вести при низких температурах, обеспечивающих высокую
скорость теплоотвода, а следовательно, образование мелкокристаллической структуры льда. Однако при очень низких температурах замораживания (-195 °С) возможно растрескивание поверхностных тканей рыбы и увеличение жесткости мяса.
Кроме того, рыбу, замороженную до низких температур, необходимо хранить при
достигнутых температурах, так как повышение температуры приводит к процессу
рекристаллизации льда в ее тканях, в результате чего качество сырья ухудшается.
Скорость размораживания оказывает существенное влияние на восстановление
первоначальных свойств тканей рыбы. Считается, что при быстром размораживании
удается сократить выделение мышечного сока примерно в 1,5 раза по сравнению с
84
медленным размораживанием. Особенно важно быстрое прохождение интервала 5...-1 °С, когда расплавляется основное количество льда. При соблюдении этого условия достигается высокая степень обратимости процесса низкотемпературной обработки рыбы.
85
ЛЕКЦИЯ 7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
ЗАМОРАЖИВАНИЯ
При анализе теплофизических процессов холодильной технологии и выполнении соответствующих тепловых расчетов необходимыми величинами являются
среднеобъемная температура, скорость и продолжительность замораживания, расход холода на низкотемпературную обработку. Замораживание является нестационарным тепловым процессом. Так, в конце замораживания рыба имеет неравномерное температурное поле по всему объему. Наиболее низкая температура - у поверхностных слоев блока рыбы, самая высокая - в его центре. При хранении рыбы в
адиабатных условиях температура выравнивается и приобретает значение так называемой среднеобъемной температуры, т.е. среднеобъемной температурой тела, температурное поле которого непостоянно, называется температура, которая может
быть достигнута, если объект поместить в адиабатные условия:
t v = t ц − ψ( t ц − t n ) ,
(7.1)
где tv - среднеобъемная температура, °С;
tц - конечная температура в центре блока рыбы, °С;
tn - конечная температура на поверхности продукта, °С;
ψ - коэффициент, определяемый формой тела; при охлаждении в воздухе ψ
для пластины
равен 1/3, цилиндра - 1/2, шара - 3/5.
При линейном распределении температур в блоке рыбы среднеобъемная температура приближенно может быть найдена как средняя арифметическая температура
поверхности и центра продукта:
t v = (t ц + t n ) / 2 .
(7.2)
Температуру поверхности продукта по окончании замораживания можно определить как
t = tв ··n,
где tв - температура воздуха в морозильной камере;
86
(7.3)
n - коэффициент зависимости от α: n=l, если α=50 Вт/(м2·К) (замораживание
в холодных
жидкостях, плиточных аппаратах, кипящих хладагентах); при замораживании в
воздушных скороморозильных аппаратах n=0,85/0,95; в неподвижном
воздухе n=0,80.
Экспериментально установлено, что независимо от формы продукта линейное
распределение температур по толщине L наблюдается, когда температура термического центра меньше -5 °С. Поэтому более удобно для расчета среднеобъемной температуры пользоваться формулой:
tv = tц −
где Bi =
1
Bi
⋅
(t ц − t с ) ,
3 Bi + 2
(7.4)
αl
- критерий Вio;
λ пр
α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К);
l - толщина рыбы (блока рыбы), м;
λпр - коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м2·К);
tс - температура охлаждаемого сырья, °С.
Знание среднеобъемной температуры продукта важно с практической точки
зрения. Например, когда продукт после замораживания направляют в камеру холодильного хранения, то это не должно вызывать повышения или понижения температуры в камере. Поэтому обязательным условием является соответствие среднеобъемной температуры продукта температуре воздуха в камере хранения.
Изменение теплофизических характеристик рыбы при замораживании. В
области положительных температур, которыми оперирует холодильная технология,
теплофизические характеристики сырья меняются незначительно, и их принимают
постоянными. При понижении температуры ниже криоскопической теплофизические характеристики замораживания продукта существенно изменяются вследствие
льдообразования и различия свойств воды и льда (табл. 6.1), а также из-за тепловых
87
эффектов, сопровождающих этот процесс.
Таблица 7.1
Теплофизические характеристики воды и льда
Характеристика
Вода
Лед
Удельная теплоемкость С, кДж/(кг·К)
4,19
2,10
Теплопроводность λ, Вт/(м·К)
0,554
2,40
Температуропроводность α·106, м2/с
0,13
0,17
Если считать пищевые продукты двухкомпонентными смесями, содержащими
W частей воды и (1-W) частей сухих веществ с соответствующими удельными теплоемкостями воды Сw и сухих веществ Сс, то теплоемкость продукта до начала
льдообразования находится по формуле:
С 0 = С w ⋅ W + C c (1 − W) .
(7.5)
Теплоемкость сухих веществ для продуктов животного происхождения равна
1,38-1,68, растительного происхождения 0,71-1,36 кДж/(кг·К).
Если при замораживании часть воды в продукте ω превращается в лед с теплоемкостью Сл, то расчетная удельная теплоемкость продукта См определяется по
формуле:
C м = C w W (1 − ω ) + C л Wω + C с (1 − W ) ,
где ω = 1 −
t кр
t
.
(7.6)
(7.7)
Открыв скобки в последнем слагаемом уравнения (6.6), группируя подобные
члены и принимая во внимание выражение (6.5), получим
С м = С о − ( С w − С л )Wω .
(7.8)
Приняв Сω=4,19 кДж/(кг·К) и Сл=2,1 кДж/( кг·К), получим
См=Со – 2,1Wω.
(7.9)
При температуре выше криоскопической ω=0, См достигает максимального
значения и равна Со. Функциональная зависимость См от температуры t такая же,
88
как соответствующая зависимость ω от t, рассмотренная выше. Отличие состоит в
убывании теплоемкости с понижением температуры. См в зависимости от температуры можно найти по эмпирической формуле
См = С0 −
Ас
,
Вс
1+
lgt
(7.10)
где Ас и Вс – постоянные; для мышечной ткани говядины Ас=1,66,
Вс=0,343, для рыбы Ас=1,74, Вс=0,369;
t - температура, °С.
Поскольку теплопроводность льда приблизительно в 4 раза больше теплопроводности воды, то при замораживании удельная теплопроводность увеличивается в
соответствии с закономерностями изменения количества вымороженной воды в зависимости от температуры. Теплопроводность замороженных продуктов (λм) можно
определить по формуле
λ м = λ о + ωΔλ ,
(7.11)
где λо - удельная теплопроводность продукта при температуре выше криоскопической,
Вт/(м·К);
Δλ - изменение теплопроводности в интервале температур от tкр до температуры,
соответствующей завершению льдообразования; для продуктов, содержащих 70-80 %
воды, Δλ=0,928 / 1,16 Вт/(м·К).
По аналогии с формулой (3.22)получена эмпирическая формула вида
λм = λо +
А
,
В
1+
lg t
(7.12)
где А и В – постоянные; для мышечной ткани говядины А=1,09; В=0,186; рыбы
А=0,776;
В=0,148;
89
t - температура, °С.
Коэффициент теплопроводности характеризует теплоинерционные свойства тела, т.е. его способность нагреваться или охлаждаться и интенсивность этих процессов.
Коэффициент температуропроводности продуктов при температурах выше
криоскопической считается величиной постоянной. С началом льдообразования
температуропроводность меняется, так как одновременно уменьшается теплоемкость и увеличивается теплопроводность:
ам =
λм
,
См ⋅ ρ
(7.13)
где ρ - плотность мороженой рыбы, кг/м3.
Энтальпию используют при расчете теплоты, отводимой во время холодильной
обработки. Энтальпия рыбы зависит от ее химического состава, свойств и температуры. В практических расчетах наибольший интерес представляет энтальпия рыбы в
начале и в конце процесса замораживания. Для этих условий определены аппроксимирующие выражения для энтальпии i (кДж/кг) рыбы с разным содержанием воды
(W):
i=[(0,75W+0,25)tp+11W-12,2]4,187, tp=0…30 °C,
(7.14)
i=[(0,5W+0,14)tp+10W+13]4,187, tp= -15…-25 °C,
(7.15)
где tp - средняя температура рыбы.
Скорость замораживания. Скоростью замораживания принято считать скорость перемещения зоны кристаллизации в замораживаемом продукте. Зона кристаллизации - слой ткани рыбы, в котором под действием низких температур значительная часть воды превратилась в лед. Зона кристаллизации возникает на поверхности рыбы и в процессе замораживания постепенно перемещается внутрь тела.
Скорость замораживания является одним из основных параметров, определяющих обратимость замораживания биологических объектов. Существует несколько
методов оценки скорости замораживания: температурные изменения в единицу времени; время, необходимое для прохождения определенного перепада температур;
90
скорость движения фронта льда и др. Скорость замораживания не является величиной постоянной, а меняется в зависимости от расстояния от наружной поверхности
до границы ледовой структуры.
Различают истинную линейную (υ, м/ч) и среднюю линейную ( υ , м/ч) скорости
перемещения фронта кристаллизации:
υ=
dx
,
dτ
(7.16)
где dx - расстояние от поверхности до границы ледовой структуры, м;
dτ - продолжительность формирования ледовой структуры, ч.
Средняя линейная скорость замораживания - это отношение толщины замороженного слоя ко времени его образования:
υ=
δ
τ
−5
−1
,
(7.17)
где δ - размер продукта (расстояние от термического центра продукта до охлаждаемой
поверхности), м;
τ −−15 - продолжительность замораживания рыбы в пределах -1…- 5 °С.
Термический центр - это точка с минимальной скоростью замораживания, т.е.
точка, которая замораживается в последнюю очередь. Для однородных тел она совпадает с геометрическим центром; для рыбы условно берется как для бесконечной
l
2
пластины: δ = , где l - максимальная толщина рыбы или блока рыбы, м.
В зависимости от средней линейной скорости замораживания υ (м/ч) принята
следующая классификация методов замораживания: медленное – меньше 0,01; замораживание со средней скоростью – в пределах 0,01-0,05; быстрое – 0,05-0,10 и
сверхбыстрое – более 0,10.
В современных морозильных установках обеспечивается скорость не менее
0,03-0,05 м/ч. В этом случае размер кристалликов льда не превышает 100 мкм.
Для сопоставления интенсивности процессов замораживания пользуются поня91
тием интенсивности отвода теплоты. Средняя интенсивность отвода теплоты выражается отношением общего количества отведенной теплоты к продолжительности
процесса и является величиной постоянной.
Расход холода на замораживание. Теплота, отводимая от продукта при снижении его температуры от начальной до конечной, определяет расход холода на замораживание. Эта теплота складывается из теплоты охлаждения продукта от начальной температуры до криоскопической, теплоты льдообразования, теплоты, отводимой при понижении температуры от криоскопической до средней конечной
температуры мороженого продукта:
Q = G[Co (t н − t кр ) + Wωω+ C м (t кр − t v )] ,
(7.18)
где Q - тепло, отводимое от рыбы при замораживании, кДж;
G - масса рыбы, кг;
Со - удельная теплоемкость рыбы при температуре выше криоскопической,
кДж/(кг·К);
tн и tкр - начальная и криоскопическая температуры рыбы, °С.
tv - среднеобъемная конечная температура мороженой рыбы, °С;
W - количество воды в рыбе-сырце, кг/кг;
ω - количество вымороженной воды в рыбе при tv, кг/г;
r - удельная теплота льдообразования мороженой рыбы, кДж/(кг·К).
Известна более простая формула вычисления теплоты, отводимой от продукта
при замораживании:
Q = G(iн-iк),
(7.19)
где (iн-iк) - разность удельных энтальпий при среднеобъемной начальной и конечной температурах, кДж/кг.
Если рыба замораживается в упаковке, то рассчитывается расход холода на охлаждение упаковки:
Qу = myCy(tн-tк),
где Qу - расход холода на охлаждение упаковки, кДж;
92
(7.20)
Cy - теплоемкость упаковочного материала, кДж/(кг·К);
tн и tк - начальная и конечная температуры упаковки, К.
Продолжительность процесса замораживания. Время, необходимое для охлаждения тела рыбы от начальной до заданной температуры с учетом превращения
в лед воды, содержащейся в тканях, называется продолжительностью замораживания τ. Продолжительность замораживания зависит от многих факторов: размера и
формы продукта, его теплоемкости, теплопроводности, начальной и конечной температур, свойств охлаждающей среды и др. Обычно она определяется экспериментальным путем, но известно также несколько расчетных способов нахождения τ, из
которых в холодильной технологии широко распространено решение задачи о замораживании, разработанное Р. Планком в 1913 г. и существенно развитое им и другими исследователями в последующие годы.
Продолжительность замораживания τ, по Планку, определяется по формуле
τ=
q ⋅ρ
1 1
⋅ Ф s−1 ( + ) ,
Θ
2λ α
(7.21)
где q - тепло, выделяемое единицей массы тела при замораживании, или тепловой эффект изотермического льдообразования;
ρ - плотность тела, кг/м3;
Θ=tкр-tс; tкр и tс - соответственно начальная криоскопическая температура и
температура
окружающей среды, °С;
Фs - коэффициент, зависящий от формы замораживаемого тела: для пластины или блока
рыбы при двухстороннем замораживании Фs =2, для рыбы, близкой по
форме к
цилиндру, Фs =4, шарообразной формы Фs =6;
λ - коэффициент теплопроводности тела, Вт/(м·К);
α - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности тела к охлаждающей среде, Вт/(м2·К).
93
При выводе этой формулы величины q, Θ, ρ, λ, α приняты постоянными в течение всего процесса замораживания. Поэтому уравнение Планка дает лишь приближенное значение τ, хотя как фундаментальная формула она включена в рекомендации Международного института холода. Из многочисленных попыток усовершенствовать формулу Планка или применять ее в той или иной модификации следует отметить получившую наиболее широкое распространение формулу Д.Г. Рютова, выведенную для бесконечно большой пластины толщиной δ:
τ=
ρ ⎡ q(1 + 0,0053t 1 ) mC м
+ 2
⎢
λ⎣
8Θ
π
⎛ Θ
⎞⎤ ⎛
4λ ⎞
⎜⎜ ln − 0,21⎟⎟⎥ δ⎜ δ +
⎟,
α ⎠
⎝ t1
⎠⎦ ⎝
(7.22)
где t1 - разность между конечной температурой и температурой охлаждающей
среды, °С;
m - поправочный коэффициент (при быстром замораживании m = 1,03, при
медленном
m = - 1,16;
См - удельная теплоемкость замороженного материала, кДж/(кг·К).
Коэффициент теплопроводности λ определяют по средней температуре между
начальной криоскопической и среднеобъемной температурой в конце замораживания. Тепло q определяют как тепло льдообразования в диапазоне температур от начальной криоскопической до -4 °С.
Формула Рютова, так же как и формула Планка, не учитывает ряда технологических факторов:
– изменчивость теплофизических характеристик продукта в процессе замораживания;
– изменчивость химического состава рыб;
– реальную форму тела рыбы при штучном замораживании или форму блока
при блочном замораживании;
– влияние начальной и конечной температур рыбы, температуры охлаждающей
среды и условий теплоотдачи от блока к окружающей среде.
В этой связи целесообразно использовать для расчета процесса замораживания
94
приближенные, но достаточно точные методы, среди которых наиболее предпочтительным является метод элементарных балансов.
Для расчета τ по методу элементарных балансов стандартный блок рыбы
(800×250×60 мм) условно разбивается параллельными плоскостями на слои, к которым может быть применена одномерная схема распространения тепла. Стандартный
блок достаточно разбить на семь слоев. Для этого случая определена система уравнений, описывающих изменение температуры в пространстве блока во времени. По
этим уравнениям рассчитаны кривые замораживания, показывающие изменения
температуры каждого слоя во времени.
Первый период замораживания - это интервал времени, в который среднеобъемная температура рыбы снижается от начальной до -1,5 °С:
τ 1 = 1092/(A 1 ⋅ B1 ) ,
где
(7.23)
А1 = f (α , t н ) ; B1 = f ( t c , t н ) .
Второй период замораживания представляет собой интервал времени, соответствующий изменению среднеобъемной температуры до - 2,5 °С:
τ 2 = 95,98/А 2 ⋅ е 2 ,
(7.24)
где А 2 = f ( t c ) ; В 2 = f ( t c , α ) .
Третий период замораживания представляет собой интервал времени, соответствующий изменению среднеобъемной температуры до заданной конечной:
τ3 = А3 ⋅ е3 .
(7.25)
Коэффициенты A1-3 и B1-3 рассчитаны и берутся из таблиц.
Тогда τ = τ1 + τ 2 + τ 3 . Рассчитанная τ не учитывает химический состав рыбы и ее
форму. Поэтому для того чтобы определить τ реального блока из рыбы произвольных вида и размера, необходимо ввести коэффициент времени Кτ. Он показывает
отношение фактической продолжительности замораживания блока реальной конкретной рыбы к продолжительности замораживания идеального блока, у которого
коэффициент формы Кф=1 (плоскопараллельная пластинка) и влажность 0,8 кг/кг.
Тогда τ = (τ 1 + τ 2 + τ 3 ) ⋅ К τ , или τ = Στ ⋅ К τ
95
Величины коэффициента времени Кr в зависимости от вида и размера рыбы,
конечной температуры в середине блока рыбы приведены в справочных таблицах.
Технологической задачей является сокращение продолжительности замораживания. Этого можно достичь следующими способами.
1. За счет уменьшения толщины рыбы (блока) (рис. 7.1).
10
8
Продолжительность, ч
Продолжительность, ч
9
7
6
5
4
3
2
1
0
50
100
150
200
250
Т ол щ и н а , м м
Толщина, мм
Рис. 7.1. Зависимость продолжительности замораживания от толщины блока
Однако сокращать толщину блока до значений менее 60 мм не рекомендуется
вследствие значительного уменьшения механической прочности блока (разваливается при глазировании).
2. За счет снижения температуры охлаждающей среды. Время замораживания
резко уменьшается при снижении температуры среды от -20 до -40 °С, при дальнейшем снижении температурный эффект незначителен, а затраты возрастают. Поэтому снижение температуры экономически невыгодно.
3. Путем увеличения коэффициента теплоотдачи, который можно увеличить за
счет роста скорости движения охлаждающей среды, замораживания в жидких средах (табл. 7.1), рационального размещения продукта в камере (вдоль или поперек
воздушного потока).
96
Таблица 7.1
Зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости движения
охлаждающей среды и ее вида
Характеристика
процесса замораживания
Рыба, подвешенная и
Скорость движения охлаждающей среды, м/с
0
2
0,1
4
0,2
5
0,4
11,6
38,4
50,8
59,3
11,6
19,7
27,9
32,0
230
436
523
872
обдуваемая воздухом
Рыба, уложенная в противень и обдуваемая воздухом
Рыба, замороженная в
растворе
В числителе - для воздушной среды, в знаменателе - для жидкой.
4. За счет применения упаковочных материалов. Условия теплообмена наиболее благоприятные, когда рыба без упаковки, но с целью лучшего сохранения качества рыбы применяют различные упаковочные материалы.
Упаковка на 5-10 % увеличивает продолжительность замораживания. Поэтому
важно использовать упаковочные материалы с наименьшим термическим сопротивлением. Лучшей в этом отношении является пленка полиэтиленцеллофан (ПЦ-2,
ПЦ-4).
5. За счет плотности укладки рыбы перед замораживанием. Лучшим является
рядовая укладка рыбы в блок-формы. Подпрессовка рыбы в плиточных и некоторых
воздушных морозильных аппаратах перед замораживанием значительно сокращает
продолжительность замораживания (табл. 7.2).
Увеличение давления подпрессовки выше 0,003 МПа не приводит к сокращению продолжительности замораживания, а качество рыбы ухудшается в результате
97
появления технических повреждений. Оптимальное давление подпрессовки 0,0010,003 МПа, оно уточняется в зависимости от вида рыбы.
6. За счет увеличения поверхности охлаждения блок-форм путем их оребрения,
продолжительность замораживания сокращается на 25-30 %.
Таблица 7.2
Влияние давления подпрессовки на продолжительность замораживания
Давление подпрес-
Продолжительность
Сокращение
совки, МПа
замораживания, мин
продолжительности, %
0
205
0,0
0,001
185
7,5
0,003
180
12,2
0,007
180
12,2
0,01
179
12,3
Многофункциональная зависимость продолжительности замораживания дает
возможность технологам регулировать производительность морозильных установок
без отклонения конечной температуры замораживания от заданных значений.
98
ЛЕКЦИЯ 8. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ЗАМОРАЖИВАНИЯ РЫБЫ
Способы замораживания сырья характеризуются различными техническими и
экономическими показателями. Существует несколько классификаций способов замораживания рыбы, в основу которых положены различные признаки.
По способу получения холода выделяют замораживание в естественном и искусственном (машинном) холоде.
По виду охлаждающей среды различают замораживание в воздухе, рассолах,
кипящих хладагентах. На практике применяют морозильные аппараты с промежуточным хладоносителем (рассолом) и установки с непосредственным охлаждением
хладагентом.
По характеру контакта между рыбой и охлаждающей средой выделяют контактное замораживание, когда существует непосредственный контакт между продуктом и средой, и бесконтактное, когда теплообмен осуществляется через непроницаемую и хорошо теплопроводящую перегородку.
Встречаются комбинированные способы, например замораживание на холодной металлической поверхности с одновременным обдуванием воздухом.
Основными критериями при оценке различных способов замораживания являются: качество получаемого продукта; техническое совершенство и степень механизации процессов; экономические показатели (стоимость оборудования, эксплуатационные расходы, энергопотребление и др.).
В настоящее время подавляющая часть морозильных установок в рыбной промышленности относится к аппаратам воздушного интенсивного действия и к плиточным бесконтактным морозильным аппаратам.
Замораживание рыбы холодным воздухом. В районах с устойчивыми низкотемпературными зимами при подледном лове рыбы широко применяется ее замораживание в естественных условиях. Считается, что естественное замораживание
можно начинать при температуре воздуха -5...-8 °С, но наилучшего качества рыба
естественного замораживания получается при температуре ниже -15 °С.
99
Для замораживания рыбы устраивают морозильную площадку. Выбранное место очищают от снега, загрязнений, намораживают слой льда. Живую рыбу прямо из
сетного мешка размещают равномерным слоем таким образом, чтобы отсутствовало соприкосновение между отдельными экземплярами. При температуре ниже -15
°С рыба быстро засыпает; образовавшийся в жабрах лед разрушает жаберные листки, и вытекающая кровь, замерзая, образует по периметру крышек валик из красных
кристаллов крови («бархатный воротник»). Такая замороженная рыба является наиболее высококачественным товаром («пылкий товар»). У рыбы открыты жабры, рот,
выпуклые глаза, растопыренные плавники.
У рыбы, замороженной при -5...-8 °С, отсутствуют «бархатный воротник» и
растопыренные плавники («светлый товар»), могут быть ввалившимися глаза. По
качеству «светлый товар» заметно уступает «пылкому». При достаточно низких
температурах воздуха и умеренном ветре размещенная на льду рыба замерзает в течение 1-3 ч (в зависимости от размеров тела), т.е. замораживание протекает интенсивно. Конечная температура замораживания обычно на 2-3 °С не достигает температуры воздуха. Отличительной и положительной особенностью рыбы естественного замораживания является исключительно высокое качество сырца, холодильная
обработка которого начинается до наступления асфиксии.
Необходимо подчеркнуть, что замораживание естественным холодом дает наиболее дешевую продукцию и не требует капиталовложений: это самый дешевый
способ получения мороженой рыбы.
Рыбу естественной морозки укладывают в ящики, плетеные короба, мешки и
вывозят на берег для реализации или для хранения в камерах холодильника. Допускается хранение рыбы в бунтах. При длительном хранении бунт засыпают толстым
слоем снега, снег утрамбовывают, заливают водой. Хранить в таком состоянии мороженую рыбу можно, пока средняя дневная температура не повысится до -3...-5 °С.
При замораживании в воздухе искусственного охлаждения последний используется в качестве промежуточного хладоносителя: через воздух происходит процесс
теплообмена между продуктом и основным хладагентом.
100
В зависимости от конструктивных и эксплуатационных характеристик воздушные морозильные аппараты, применяемые в рыбной промышленности, подразделяются на следующие типы: стеллажные, шкафные, туннельные, конвейерные, флюидизационные.
Стеллажные морозильные камеры используются на береговых холодильниках
старой постройки. Их недостатком является низкая скорость замораживания. В зависимости от температуры воздуха, условий его циркуляции, порядка размещения и
размеров рыбы продолжительность замораживания мелкой рыбы 8-16, крупной 1836, очень крупной 36-72 ч.
Интенсификация процесса замораживания возможна за счет увеличения коэффициента теплоотдачи путем снижения температуры воздуха и увеличения скорости
его циркуляции. Технические возможности современного оборудования позволяют
достичь как криогидратных температур, так и высоких скоростей движения воздуха.
Но исследования показали, что технические и эксплуатационные затруднения, возникающие при сверхнизких температурах и вихревых скоростях, не оправдываются
эффективным повышением скорости замораживания, особенно крупных рыб толщиной более 60 мм. Поэтому в современных морозильных аппаратах интенсивного
действия поддерживаются следующие параметры промежуточного хладоносителя:
температура -30...-40 °С, скорость движения воздуха над рыбой 4-9 м/с, относительная влажность 85-95 %.
Шкафные воздушные морозильные аппараты компактны, надежны в работе. Их
применяют в основном на малых и средних промысловых судах. В то же время они
имеют ручную загрузку и выгрузку, периодичность процесса, малую производительность - 3 т/сут. Продолжительность замораживания в них стандартного блока
рыбы составляет 6 ч.
На некоторых береговых холодильниках, крупных траулерах и плавбазах старой постройки эффективно эксплуатируются туннельные воздушные морозильные
аппараты. Двухтуннельный аппарат периодического действия состоит из изолированной камеры, охлаждающих батарей, вентиляционной установки и подвесного пу101
ти с грузовыми клетями (этажерками). В один туннель помещается 4 клети, на каждой из них располагается 44 блок-формы с рыбой. Продолжительность замораживания составляет 3,5-4 ч. Такой двухтуннельный аппарат имеет достаточно высокую
производительность (30 т/сут), надежен в работе. К недостаткам следует отнести неравномерность процесса замораживания, периодичность работы, интенсивное образование инея на поверхности оборудования.
Дальнейшим шагом в совершенствовании воздушных морозилок явилось применение конвейера, на котором замораживаемый продукт с заданной скоростью
продвигается в морозильной камере в течение времени, необходимого до полного
его замораживания.
Применение транспортеров позволило достигнуть непрерывности процесса замораживания, механизировать загрузку и выгрузку рыбы, уменьшить теплопотери и
удельный расход холода, создать равномерные условия замораживания, улучшить
качество мороженой рыбы.
Конструкций современных конвейерных скороморозилок очень много, но все
они состоят из следующих звеньев. Вне теплоизолированного корпуса размещены
звенья загрузки сырца и выгрузки из форм мороженой рыбы. Звено загрузки обычно
имеет устройство, дозирующее рыбу, механизм накрывания форм крышками и подпрессовки рыбы. В звеньях выгрузки предусмотрено тепловое устройство (электрическое или паровое) для отепления форм и вытряхивания блока замороженной рыбы
на разгрузочный транспортер.
Широкое распространение на судах получили аппараты непрерывного действия
с цепным конвейером и гравитационные (табл. 8.1).
102
Таблица 8.1
Техническая характеристика различных типов морозильных аппаратов
Показатель
С цепным конвейером
Гравитационные
АСМА
Фирма
Фирма «Хоп
LBH-25-1
LBH-31,5
ГКА-4
Фирма
(Россия)
«Де схелде»
и Кросс»
(Германия)
(Россия)
(Россия)
«Линде-
(Голландия) (Германия)
Сюр»
(Швеция)
Производительность,
25
25
20
22,5
27,5
25
50
Количество блок-форм
180
100
250
198
234
216
750
Температура кипения
233 (-40)
233 (-40)
231 (-42)
231 (-42)
231 (-42)
231 (-42)
229 (-44)
1950
1800
1400
1900
1645
1000
3000
236 (-37)
239 (-34)
238 (-35)
238 (-35)
238 (-35)
238 (-35)
238 (-35)
т/сут
хладагента, К (°С)
Площадь поверхности
воздухоохладителей, м2
Температура воздуха в
аппарате,
103
К (°С)
Количество вентиляторов
1
6
16
11
- 13
1
8
2,5-3,0
3,2-4,2
3,0
3,8
2,0-3,0
4,0
3,5-4,0
42
27,5
40
35
33
17
46
3,5
1,45
1,8
1,92
7,0
—
1,24
длина
8900
10200
12450
13100
15500
8100
10700
ширина
5150
6000
2740
4000
4000
3500
6600
высота
2800
2700
2550
2600
2600
3250
2800
Масса, кг
25000
16000
17000
16500
19500
27000
48000
Продолжительность
замораживания, ч
Общая мощность электродвигателей вентиляторов, кВт
Установленная мощность
электродвигателя морозильного аппарата, кВт
Габариты, мм
104
Аппарат LBH состоит из теплоизолированного туннеля, в котором расположены грузовой конвейер, приводное и поворотное устройства и воздухоохладитель.
Грузовой конвейер состоит из двух параллельных цепей, на которых закрепляются
блок-формы. Между верхней и нижней ветвями конвейера размещены охлаждающие батареи и вентиляторы. Движение конвейера пульсирующее. Продолжительность одного перемещения 40-120 с.
Морозильный туннель разделен на четыре секции. В первой секции установлены охлаждающие батареи и два вентилятора, в каждой из трех других секций оребренные охлаждающие батареи и три вентилятора. Вентиляторы прогоняют воздух через охлаждающие батареи и нагнетают его в поперечном направлении в пространство между блок-формами. Блок-формы с оребренными крышками изготовлены из алюминиевого сплава и имеют два отделения для замораживания двух стандартных (800×250×60 мм) блоков рыбы. Блок-формы крепятся в вертикальном положении к звеньям цепей металлическими захватами, что позволяет автоматически
вводить блок-форму в линию конвейера и выводить из нее при загрузке и выгрузке.
Рыба из весового бункера подается в блок-формы, которые закрываются крышками с замками. После заполнения блок-форма автоматически подается в захваты на
цепях конвейера и транспортируется в морозильную камеру, где обдувается холодным воздухом. На выходе из морозильной камеры блок-формы автоматически снимаются с цепей конвейера и подаются в устройство для оттаивания. Оттаивание
производится паром или водой. Блок-форма переворачивается, блок выпадает из нее
и попадает на разгрузочный транспортер. Холодильный агент - аммиак. Аппарат
удобен в эксплуатации и надежен в работе.
Гравитационные морозильные аппараты (ГМА) и аппараты фирмы «ЛиндеСюр» отличаются отсутствием конвейерной цепи, поворотной и направляющих
звездочек, натяжных устройств, что существенно уменьшает их металлоемкость и
расход электроэнергии при эксплуатации. Блок-формы с рыбой подаются в верхнюю часть аппарата, откуда по направляющим перемещаются по изолированному
грузовому объему камеры.
105
К воздушным морозильным аппаратам относятся флюидизационные аппараты.
Флюидизацией называется процесс, при котором в слой сыпучих продуктов, находящихся на горизонтальном сите, направляют поток воздуха со скоростью, обуславливающей явление кипения, т.е. частицы продукта находятся во взвешенном состоянии. В рыбной промышленности применение этого способа возможно для замораживания таких продуктов, как мясо креветки, рыбные палочки.
Во избежание образования комков продукта его замораживают на двух лентах,
обдувая воздухом, имеющим температуру -30...-35 °С. На первой ленте сырье подмораживается в поверхностном слое, на поверхности продукта образуется тонкая
глазурь, благодаря которой он приобретает твердоповерхностную оболочку и не
слипается. На второй ленте происходит полное замораживание до заданной температуры. Продолжительность замораживания мелкоштучного материала составляет в
среднем 10-15 мин.
Замораживание в плиточных морозильных аппаратах. В аппаратах такого
типа продукт помещается между плитами, через которые от него отводится тепло,
так как в плитах циркулирует хладагент или охлажденный рассол. Такой способ замораживания наиболее приемлем для обработки рыбы мелких и средних размеров, а
также филе фарша и рыбной кулинарии.
Рыбу перед замораживанием обертывают пергаментом, парафинированной бумагой, полимерной пленкой или укладывают в парафинированные коробки. Делается это с целью устранения примерзания рыбы к блок-формам. Плиты имеют возможность двигаться, создавая при этом определенное давление на продукт, обеспечивая подпрессовку при замораживании. Давление регулируется с помощью гидравлического привода и устанавливается в зависимости от вида продукта, его свойств и
вида упаковки 0,01-0,1 МПа.
Удельная производительность плиточных морозильных аппаратов с 1 м2 занимаемой площади на 66 % выше, чем воздушных морозильных аппаратов. Масса и
энергетические затраты этих аппаратов на 30-40 % меньше воздушных. Процесс замораживания продукта в плиточных аппаратах проходит в 2-2,5 раза быстрее, чем в
106
воздушных морозилках. Существует несколько типов конструкций плиточных морозильных аппаратов: горизонтально- и вертикально-плиточные, роторные.
В промышленности применяют горизонтально-плиточные морозильные аппараты АМП 1,6К; АМП-7; АМП-7А. Это аппараты периодического действия, шкафного типа, с ручной загрузкой и выгрузкой, производительностью 1,6; 5,5 и 7 т/сут
соответственно. Продолжительность замораживания продукта в них до температуры
-23 °С составляет 2,3-2,8 ч. Вертикально-плиточные морозильные аппараты у нас в
стране не выпускаются, хотя они компактны и экономичны. Процессы загрузки и
выгрузки продукта в этих аппаратах механизировать гораздо проще, чем в горизонтально-плиточных.
В основе роторных плиточных аппаратов лежит принцип вращения ротора, который совершает оборот за цикл замораживания. Аппараты характеризуются высокой степенью механизации и значительной эффективностью. У нас в стране разработано и широко используется в судовых условиях несколько типов роторных морозильных аппаратов: MAP-8; МАР-8АМ; АРСА-Р-12; АРСА-3-15Р. Совместно с немецкими конструкторами разработана модель роторного морозильного аппарата
FGP-31,5.
Роторные морозильные аппараты включают ротор с морозильными секциями,
загрузочное и разгрузочное устройства, транспортер для выгрузки блоков, гидро- и
электроаппаратуру, насосную станцию. В роторных аппаратах рыбу замораживают в
металлических кассетах (окантовках). Каждая кассета рассчитана на два стандартных блока (800×250×60 мм), для этого она разделена на две ячейки. В каждую ячейку закладывают пергамент или полиэтиленовую пленку, а затем загружают взвешенную порцию рыбы. После этого кассета поступает в морозильную секцию (пространство между плитами), где осуществляется подпрессовка продукта, а затем замораживание. В плитах имеются каналы, по которым циркулирует хладагент (аммиак или фреон) или хладоноситель (рассол). Плиты имеют возможность сдвигаться
или раздвигаться с целью подпрессовки. Роторные морозильные аппараты - установки пульсирующего действия с заданными циклами при работе в автоматическом
107
режиме. Выбранное время цикла устанавливается на программном реле, включенном в электрическую схему аппарата.
Производительность роторных морозильных аппаратов от 6,6 (MAP-8) до 25,3
т/сут
(FGP-31,5), продолжительность замораживания от 1 до 2,5 ч в зависимости от модели аппаратов.
Недостатком плиточных морозильных аппаратов является необходимость применения упаковочных материалов. Перспективно использование антиадгезионных
покрытий, наносимых на поверхности плит, соприкасающихся с замораживаемым
продуктом. В России разработано антиадгезионное покрытие УАП-1, которое готовится на основе полидиметил-и-полиметаллорганосилоксанов и представляет собой
полимерную пленку. Использование этого покрытия дает положительные результаты при замораживании рыбы, филе, фарша. Рекомендуется предварительное формирование блока рыбы и его подмораживание в специальном устройстве. При этом на
поверхности блока образуется защитная оболочка из замороженного слоя продукта.
Помещенный в плиточный аппарат подготовленный таким образом блок не примерзает к поверхности блок-формы и легко выгружается из аппарата.
Замораживание в жидкостных морозильных аппаратах. Эти аппараты
раньше других конструкций использовались в холодильной технологии. В последнее время жидкостные морозильные аппараты находят все более широкое применение в связи с развитием современной техники упаковки, особенно вакуумной. При
применении упаковочных материалов из полимерных пленок, абсолютно герметичных и плотно прилегающих к продукту, типа «вторая кожа», создаются хорошие условия для теплообмена, увеличивается коэффициент теплоотдачи. В результате этого значительно сокращается продолжительность замораживания продукта (25-120
мин в зависимости от толщины продукта).
Наиболее часто в качестве охлаждающей среды используется водный раствор
поваренной соли плотностью 1160-1170 кг/м3, охлажденный до температуры -18...20 °С. В Японии, США и некоторых других странах для замораживания тунцов,
108
крабов в качестве охлаждающих сред применяются водные растворы хлористого
кальция и нетоксичные антифризные жидкости, например пропиленгликоль с температурой -40...-50 °С.
Жидкостные морозильные аппараты бывают контактные и бесконтактные, погружные и оросительные, этажерочные и конвейерные.
При контактном замораживании рыбу помещают на сетчатый конвейер или в
открытые противни, которые укладывают в этажерки, а затем в емкости с холодным
рассолом. Низкая температура и высокая концентрация рассола поддерживаются за
счет циркуляции его через охладитель и солеконцентратор.
В отечественной и зарубежной практике контейнерное жидкостное замораживание широко применяется при обработке тунцов. В Японии замораживание тунцов
осуществляют до температуры 0...-35 °С. При обычном замораживании в растворе
хлористого кальция могут проявляться такие дефекты, как очаговое вспучивание и
расслоение мяса рыбы из-за высокой скорости замораживания, приводящей к образованию внутри тела рыбы участков с неравномерным внутренним давлением. Для
устранения этих дефектов применяют двухступенчатое замораживание. Сначала
рыбу
помещают
в
рассол
с
температурой
около
-45 °С и выдерживают до снижения температуры поверхностных слоев тела рыбы
до -15...-20 °С, а внутренних до -2...-6 °С. После этого рыбу выдерживают на воздухе при температуре -25 °С для выравнивания температурного поля в теле рыбы и
достижения температуры внутренних слоев -3...-2 °С. Затем рыбу размораживают в
рассоле с температурой -45 °С до конечной среднеобъемной температуры -35...- 30
°С. Способ жидкостного замораживания с выравниванием температуры тела рыбы
предотвращает в отличие от воздушного замораживания появление дефекта крупных мороженых тунцов - потемнение мяса.
В России разработаны новые перспективные способы замораживания тунцов в
растворах хлористого натрия или кальция с добавлением 10 % жидкого азота. Рекомендуется также применять трехкомпонентную охлажденную среду, состоящую из
хлористых натрия и кальция и жидкого азота. Допустимое содержание хлоридов на109
трия и кальция на глубине 1 см от поверхности рыбы не должно превышать соответственно 0,7 и 0,2 %.
При бесконтактном замораживании рыбу предварительно укладывают в металлические формы с крышками или упаковывают в водонепроницаемые полимерные
пленки, исключающие соприкосновение ее с рассолом, а затем погружают в рассол
или орошают им.
К достоинствам жидкостных морозильных аппаратов следует отнести низкие
тепловые потери, которые составляют 5-7 % от общего расхода холода. Для сравнения: в воздушных туннельных установках тепловые потери составляют 25-30 %. К
недостаткам относятся незначительное просаливание рыбы, возможность смерзания
ее при хранении, необходимость очистки растворов, повышенную коррозию оборудования.
Замораживание в кипящих хладагентах - довольно распространенный за рубежом способ замораживания ценных пород рыб и морепродуктов. В качестве хладагентов выступают жидкий азот, диоксид углерода и фреон.
Применение в качестве охлаждающего агента азота обусловлено его нетоксичностью, бактерицидными свойствами и низкой температурой кипения (-195,8 °С).
Отличительной особенностью замораживания в жидком азоте является чрезвычайно
интенсивный отвод тепла от поверхности продукта, сопровождаемый быстрым понижением его температуры до таких значений, при которых поверхностный слой
приобретает хрупкие свойства и образует жесткую или полужесткую зону, испытывающую разрывающее объемное напряжение при кристаллизации льда во внутренних слоях. В результате происходит растрескивание продукта, сопровождаемое характерным звуком. Во избежание растрескивания температура периферийной части
продукта во время замораживания не должна быть ниже -30 °С.
Процесс замораживания может осуществляться несколькими способами: непосредственным погружением продукта в жидкий азот, орошением продукта жидким
азотом, в холодных парах испаряющегося азота, а также различными комбинациями
этих способов. Однако следует учитывать, что именно при погружном способе за110
мораживания в результате значительного перепада температур на поверхности продукта и в его толще происходит образование макро- и микротрещин, ухудшающих
качество замороженного продукта. Поэтому лучшим с точки зрения качества продукта является замораживание орошением жидким азотом или в его парах.
Продолжительность замораживания рыбы в жидком азоте зависит от ее толщины: при толщине 2 см она составляет 8 мин, 4 см - 17 мин. Зона максимального кристаллообразования (-1...-5 °С) преодолевается за 3-9 мин, что способствует образованию мелкокристаллической структуры льда и обеспечивает высокую степень обратимости процесса замораживания. Поэтому продукт, замороженный в азоте, имеет
более высокое качество, повышенную стойкость при хранении. Этому способствует
то, что аэробная микрофлора, находящаяся на поверхности продукта, благодаря повышенному содержанию азота в окружающей среде подавляется. Немаловажным
является значительное уменьшение или отсутствие усушки продукта в процессе замораживания.
Морозильные установки, работающие на жидком азоте, как правило, непрерывного действия и представляют собой изолированные туннели модульной конструкции, состоящие из трех секций (по длине). В первой секции продукт охлаждается
в парах азота, во второй происходит распыление жидкого азота над поверхностью
продукта, в третьей - выравнивание температуры продукта в парах азота. Расход
жидкого азота на замораживание 1 кг продукта составляет 1,2-1,5 кг.
Жидкий диоксид углерода применяется в морозильных установках (конвейерных, ленточно-спиральных) взамен воздушного потока. В результате понижения
температуры до -50...-70 °С возрастает скорость замораживания, увеличивается в 2
раза производительность морозильных аппаратов, уменьшается усушка, повышается
качество продукта. Расход жидкого диоксида углерода на замораживание 1 кг продукта - около 1,5 кг, возможна конденсация отработанного диоксида углерода и его
повторное использование.
Продукты, замороженные в жидком диоксиде углерода, более стабильны в хранении, чем замороженные в обычных условиях. Так как температура продукта после
111
замораживания несколько ниже температуры хранения, то вокруг его поверхности
образуется защитная оболочка из углекислого газа, которая тормозит окислительные
процессы в липидах и инактивирует микрофлору.
В ряде стран применяется контактное замораживание продуктов в жидком фреоне-12, температура кипения которого около -43 °С. Этот способ удобен для замораживания филе, рыбных палочек, поштучного замораживания беспозвоночных.
Остаточное содержание фреона в продуктах не должно превышать 30 мг/100 г. Возможны регенерация и повторное использование фреона. Стоимость замораживания
в жидком фреоне в 2-2,3 раза ниже, чем в жидком азоте. Продолжительность замораживания рыбных палочек - 2 мин, креветок - 2,5 мин. Такое быстрое замораживание обеспечивает высокую обратимость процесса.
Глазирование мороженой рыбы. Глазирование рыбы - это процесс образования на всей поверхности мороженой рыбы тонкой ледяной оболочки, предохраняющей ее от усушки и окисления липидов. Этот простой способ защиты мороженой
рыбы позволяет увеличить сроки ее хранения на 1-2 месяца по сравнению с рыбой
неглазированной.
Глазурь должна равномерно покрывать поверхность блока рыбы и не отставать
при легком постукивании. Масса глазури при выпуске мороженой рыбы должна согласно стандартам в зависимости от вида рыбы и способов ее разделки составлять 24 %.
Не глазируют рыбу мокрого (рассольного) контактного и льдосолевого замораживания. Рыба естественного замораживания может выпускаться как глазированной, так и неглазированной. Взамен глазирования мороженая продукция может быть
упакована в пакеты из полимерных пленок под вакуумом и при обычной атмосфере.
Глазируют рыбу сразу же после замораживания погружным или оросительным
способом. Установлено, что большая масса глазури получается при погружном глазировании. На количество глазури оказывают влияние продолжительность глазирования, температура воды и рыбы, вид рыбы, способ разделки, плотность укладки в
блок-формы перед замораживанием и другие факторы. Например, на блоках рыбно112
го филе образуется меньше глазури по сравнению с блоками неразделанной, обезглавленной и потрошеной рыбы. На блоках мелкой рыбы глазури больше, чем на
блоках крупной. Эти различия объясняются меньшей удельной поверхностью блоков филе, а также блоков крупной рыбы. Масса глазури на поверхности рыбы возрастает с понижением ее температуры (рис. 8.1) и увеличением продолжительности
глазирования.
5
М асса глазури, %
Масса глазури, %
2
4
3
1
2
1
0
30
60
90
120
Продолжительность, с
Продолжительность, с
Рис. 8.1. Влияние температуры рыбы и продолжительности глазирования на количество глазури:
1 - температура рыбы -10 °С; 2 - температура рыбы -18 °С
Количество глазури на рыбе с температурой -10 °С не намораживается до требуемого стандартом значения - 4 %. Причем существенно оно не зависит даже от
времени пребывания рыбы в глазировочной ванне. В то же время для рыбы с температурой -18 °С количество глазури при выдержке блока рыбы в ванне непрерывно
возрастает, достигая требуемой стандартом массы.
Количество глазури возрастает при многократном погружении мороженой рыбы в воду (рис. 8.2).
113
6
2
5
М асса глазури, %
Масса глазури, %
1
4
3
2
1
0
1
2
Число
погружений
Число
погружений
3
4
Рис. 8.2. Зависимость массы глазури от кратности погружений:
1 - температура блока -18 °С; 2 - температура блока -25 °С
Как видно из рисунка, достаточно двух-, трехкратного погружения мороженой
рыбы в воду, чтобы наморозить нужное количество глазури. При глазировании рыбы происходит отепление блоков, которое составляет 0,7-0,9 °С на 1 % образуемой
глазури. Поэтому температура блоков мороженой рыбы, направляемой на глазирование, должна быть не выше -18...-20 °С. При глазировании блоков рыбы с более
высокой температурой, например -12 °С, может произойти их разрушение, также
возможно смерзание блоков при хранении.
Для охлаждения рыбы с целью уменьшения отепления и ускорения процесса
формирования глазури необходимо обдувать рыбу холодным воздухом в период
между погружениями и после окончания выдерживания в холодной воде.
Для глазирования используют пресную воду с температурой 1-3 °С. Повышение температуры воды значительно сокращает массу глазури. При глазировании
рыбы морской водой ледяная корочка вследствие содержания в ней различных гигроскопических солей после непродолжительного хранения теряет свою микрокри114
сталлическую структуру и перестает выполнять защитную функцию.
Перед началом работы пресную воду в глазировочных аппаратах охлаждают с
помощью батарей или чистым дробленым льдом до полного его таяния. Воду в глазировочных аппаратах меняют по мере загрязнения, но не реже одного раза в сутки.
Через каждые 2-3 сут ванны дезинфицируют 1-2 %-м раствором хлорной извести.
Рекомендуется глазировать рыбу трехкратным погружением в пресную воду с
температурой 1-2 °С и длительностью 2 с. После каждого погружения блоки рыбы
следует выдерживать в потоке воздуха с температурой не выше -15 °С и скоростью
2-3 м/с в течение 10-20 с. При таких условиях общая продолжительность процесса
глазирования составляет 40-70 с, при этом толщина ледяной корочки приблизительно равна 1 мм, масса глазури не менее 4 %.
Более эффективным средством защиты мороженой рыбы от усушки и окисления является нанесение на поверхность рыбы не водной глазури, а водорастворимых
покрытий в виде газонепроницаемых оболочек, устойчивых к механическому воздействию и испарению. В качестве таких покрытий рекомендуется использовать поливиниловый спирт (ПВС) марки 141 с различными модификаторами и карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ).
Эти вещества, растворяясь в воде, образуют вязкие, прозрачные растворы. Глазурь на основе полимерных материалов наносится на блоки мороженой рыбы (или
на отдельную рыбу) путем двухкратного погружения их в раствор на 0,5-1 мин с интервалом 15-30 с. После второго погружения рыбу необходимо выдepживать на воздухе в течение 0,5-1 мин для формирования и закрепления слоя глазури. ПВС используется в виде 3 %-го, КМЦ - 1%-го раствора. Оросительный способ глазирования не рекомендуется, так как на поверхности рыбы образуются воздушные пузыри,
которые при хранении разрываются и обеспечивают доступ кислорода воздуха к
мышечной ткани. Глазировочные растворы перед глазированием должны иметь
температуру 3-5 °С, а температура окружающего воздуха в глазировочном помещении должна быть не выше 0 °С. Для ускорения пленкообразования на поверхности
мороженой рыбы используют ПВС в композициях с модификаторами - оксиэтил115
целлюлозой или оксипропилцеллюлозой. Введение модификатора оксиэтилцеллюлозы (0,1 %) в 3 %-й раствор ПВС сокращает время формирования водорастворимого покрытия на поверхности мороженой рыбы в 2 раза.
Для глазирования мороженых осетровых рыб применяется 5 %-й водный раствор ПВС с добавлением поверхностно-активного вещества синтамида-5 (СД-5).
Пленкообразующее покрытие можно наносить на поверхность осетровых рыб до
замораживания. В этом случае применяется 10 %-й раствор ПВС с добавлением СД5, глицерина или сорбиновой кислоты. Сроки хранения рыбы, обработанной воздушным раствором ПВС, на 50 % больше по сравнению с рыбой, глазированной
пресной водой. Однако рыба, обработанная ПВС, как правило, направляется на промышленную переработку.
Для усиления защитного действия глазури, особенно для предотвращения
окисления липидов, в воду, используемую для глазирования, вносят вещества, ингибирующие окисление липидов, аскорбиновую и лимонную кислоты, прополис, соли
этилендиамидтетрауксусной кислоты (ЕДТА) или саму эту кислоту. Добавление в
воду 0,2 %-й аскорбиновой и 0,3 %-й лимонной кислот увеличивает сроки хранения
мороженой рыбы на 20-30 сут по сравнению с рыбой, глазированной только водой.
Защитным эффектом обладают глазури, в водные растворы которых введены
бутилгидроксианизол (БОА) и бутилгидрокситолуол (БОТ). Внесение в воду 0,5 %
БОА увеличивает продолжительность хранения на 1,0-2,5 мес. в зависимости от вида рыбы.
Упаковывают мороженую рыбу в пакеты из полимерных газовлагонепроницаемых пленок, заменяющих глазурь. Лучшим способом сохранения высокого качества
мороженой продукции является упаковывание под вакуумом. Наиболее распространенный полимерный материал - полиэтилен марки «пищевой».
Он обладает высокой влагостойкостью, низкой паропроницаемостью, устойчив
к различным химическим средам, хорошо сваривается, хотя прочность швов меньше
прочности самой пленки. Полиэтиленовые пленки неустойчивы к действию ультрафиолетовых лучей, при длительном хранении в них образуются микротрещины. По116
липропиленовые обладают высокой термостойкостью, инертны к жирам, устойчивы
к действию кислот и щелочей, однако они недостаточно морозостойкие. Повиденовые пленки хотя и имеют высокую цену, но по своим свойствам хорошо подходят
для хранения мороженых продуктов.
Комбинированные полимерные материалы типа пленка-пленка, пленка-бумага
(картон), пленка-фольга расширяют возможность использования пленочных материалов. Перспективными для замороженных продуктов являются полиэтиленцеллофановые пленки (ПЦ-2, ПЦ-4), пленка «Саран». Низкая газопароводонепроницаемость пленки «Саран» позволяет применять ее для упаковывания продуктов под
вакуумом и в атмосфере инертного газа. Хотя морозостойкость ее в пределах -30 °С,
она широко применяется для упаковывания пищевых продуктов. К распространенной таре относятся пачки, коробки, пакеты из плотной бумаги или картона, покрытые полиэтиленом.
117
ЛЕКЦИЯ 9. ТЕХНОЛОГИЯ МОРОЖЕНОЙ РЫБЫ
Так как замораживание - способ консервирования, при котором не происходит
улучшения свойств сырья, то качество сырца является важнейшим фактором, определяющим качество мороженой рыбы. Поэтому на промысловых судах для обеспечения высокого качества сырца не допускают длительного траления и переполнения
трала рыбой, сокращают период хранения рыбы в орудиях лова, обеспечивают немедленное охлаждение и доставку рыбы-сырца на перерабатывающие предприятия,
где рыбу сразу же направляют на переработку. В случае невозможности переработки улова в течение 1-2 ч принятый сырец немедленно помещается в аккумуляторы
для охлаждения и хранения при температуре -1...0 °С.
Технологическая схема производства мороженой рыбы включает следующие
операции: прием сырья, мойка, сортирование, разделывание, повторная мойка, подготовка сырца к замораживанию, замораживание, глазирование, упаковывание, маркирование, хранение.
Принятую на обработку рыбу сортируют по видам, размерно-массовым характеристикам, качеству, отсортировывая в том числе рыбу, зараженную паразитами.
Моют рыбу от различных загрязнений и слизи забортной чистой водой, имеющей
температуру 8-10 °С, в машинах различных конструкций (роторные, конвейерные,
вихревые и т.д.). Мороженую рыбу выпускают как в неразделанном, так и в разделанном виде. Разделка рыбы перед замораживанием преследует ряд целей:
– увеличение относительного содержания в мороженом полуфабрикате съедобной части и обеспечение рационального использования отходов;
– более полное использование производительности морозильных аппаратов,
емкости тары и холодильников;
– повышение устойчивости мороженого полуфабриката в хранении за счет удаления тканей, содержащих ферменты (жабры, внутренности).
Применяют следующие виды разделки перед замораживанием: рыба обезглавленная, потрошеная с головой, потрошеная и обезглавленная, кусок (масса не менее
118
0,5 кг), спинка (балычок), филе. Для балычка минтая длина спинки должна быть не
менее 25 см, длина обезглавленной наваги - не менее 20 см. Треску, пикшу, сайду
массой 0,4 кг и менее, морского окуня 0,3 кг и менее, камбалу 0,4 кг и менее допускается изготавливать неразделанными. Тихоокеанских лососевых замораживают неразделанными или потрошеными с головой. В настоящее время разделывают рыбу
чаще всего машинным способом. Окончательная мойка после разделки производится в чистой проточной воде в моечных машинах. Цель мойки - удаление с поверхности рыбы слизи и крови, которые при замораживании дают на теле рыбы налет и бурые пятна, а также улучшение санитарного состояния рыбы перед заморозкой. После мойки необходимо непродолжительно выдерживать рыбу для того, чтобы не
вносить в блок-формы вместе с рыбой свободную воду.
Рыбу можно замораживать поштучно, россыпью и блоками. Последний способ
в основном применяется в промышленности. При замораживании блоками рыбу загружают в блок-формы строго по массе: 9-12 кг. При замораживании крупной рыбы
для обеспечения одинаковой массы блоков к навеске целой рыбы добавляют не более двух кусков потрошеной обезглавленной рыбы того же вида с удаленными хвостовыми плавниками. Допускается морозить рыбу с разделением блока полоской
антиадгезионной бумаги на мелкие брикеты массой не более 2,0 кг. Крупную и
среднюю рыбу укладывают в формы плотными рядами, мелкую - россыпью, обжимая по рядам. Рыбу с плоским телом укладывают плашмя, камбалу - в нижний слой
блока слепой стороной вниз, а в верхний слой - слепой стороной вверх. Заполненные блок-формы закрывают крышками и зажимают, при этом рыба слегка подпрессовывается.
Более широким спросом у потребителей пользуется рыба в мелкой упаковке.
Поэтому разделанную рыбу укладывают порциями от 0,25 до 2,0 кг в парафинированные или ламинированные картонные коробки, в пакеты или салфетки из пергамента, полимерного материала или других упаковочных материалов. Затем плотно
формируют в один ряд в блок-формы и направляют в морозильные аппараты. По
окончании замораживания температура в центре тела рыбы должна быть не выше 119
18 °С. Допускается температура не выше -10 °С для рыбы естественного замораживания. При замораживании масса рыбы уменьшается за счет усушки на 0,5-3,0 % в
зависимости от способа замораживания. В производственных условиях эти потери
регламентируются действующими нормами.
Выгрузка блоков замороженной рыбы из блок-форм производится чаще всего
путем оттаивания электрическими прогревателями или теплой водой. Подогрев необходимо проводить быстро, чтобы только отделить блок от формы.
Мороженую рыбу сразу после выгрузки из морозильных аппаратов глазируют
охлажденной пресной водой в специальных глазировочных аппаратах или в ваннах.
Глазирование иногда заменяется упаковыванием под вакуумом в пакеты из полимерных пленок.
Глазированные блоки рыбы упаковывают в ящики из гофрированного картона
(до 40 кг). Возможно использование деревянных ящиков, хлопчатобумажных или
бумажных мешков. Картонные ящики значительно дешевле деревянных (в 2,8 раза),
но они невлагостойки, при намокании легко повреждаются. В этом отношении перспективен влагопрочный картон, поверхность которого пропитана гидрофобными
покрытиями.
Ящики с мороженой рыбой обвязывают проволокой или лентой, мешки зашивают или завязывают, продукцию маркируют в соответствии с требованиями действующих стандартов и немедленно помещают в трюм на хранение при температуре
не выше -18 °С.
Технология филе. Среди мороженых рыбных продуктов филе является наиболее совершенным, так как coдepжит в основном только съедобную часть, не требует
разделки перед кулинарной обработкой, имеет правильную геометрическую форму,
что обеспечивает удобство при упаковывании. Производство филе на современных
рыбоперерабатывающих предприятиях позволяет рационально, комплексно и эффективно использовать рыбное сырье.
В зависимости от глубины холодильного консервирования вырабатывают филе
в охлажденном или мороженом виде. Несмотря на то, что филе охлажденное - про120
дукт высокого качества, более широкое распространение получило производство
филе мороженого, так как оно проявляет высокую стабильность при холодильном
хранении.
На производство филе направляются преимущественно тощие рыбы (минтай,
треска, хек), но возможно использование рыб средней жирности (морской окунь,
скумбрия, нежирный палтус) а также жирных рыб (сельдь тихоокеанская и др.). Филе высокого качества получается при быстрой разделке только что выловленной рыбы, при условии, что оно будет заморожено в стадии, предшествующей посмертному окоченению. Если на разделку направляется рыба в стадии посмертного окоченения, то выход филе снижается, а качество его заметно ухудшается: наблюдаются
разрывы тканей, консистенция мяса жесткая. Филе довольно высокого качества получается также при разделке рыбы сразу после стадии посмертного окоченения, однако такое филе менее стабильно в холодильном хранении.
Разделка рыбы на филе - процесс трудоемкий и требует большого внимания:
необходимо сокращать потери мяса и стремиться создавать условия, близкие к асептическим. Рыбу разделывают чаще всего на машинах. При машинной разделке у
рыбы отделяют голову и все плавники, включая хвостовой, затем разрезают брюшко
и удаляют внутренности, после этого зачищают брюшную полость от остатков
внутренностей, сгустков крови, пленки (у минтая удаляют нибелинии), моют. Затем
тушку разделывают на филе (с кожей или без). При срезании филе следят за тем,
чтобы на позвоночнике не осталось больших прирезей мяса, а половинки филе получались ровными, без заусениц и надрезов. Выход порционированного филе зависит от вида рыбы, тщательности разделки и изменяется в пределах: филе с кожей
30,5-61,5 %; без кожи 23,5-51,3 %.
Срезанные половинки филе просматриваются с обеих сторон при просвечивании на специальном столе. При неправильной разделке у филейчиков могут встречаться такие дефекты, как наличие позвоночных костей, сгустков крови, остатков
плавников, кожи, черной пленки и т.д. Обнаруженные посторонние включения, в
том числе личинки нибелиний (у минтая), немедленно удаляются. Филейчики осто121
рожно, но тщательно промываются водой (чистой, охлажденной) и направляются на
фиксацию (закрепление). Цель операции - повысить механическую прочность кусочков филе и стойкость по отношению к микроорганизмам. Филе закрепляют путем обработки (орошением или погружением) в течение 1-2 мин в охлажденном
профильтрованном 10 %-м растворе поваренной соли. Затем филе подсушивают с
поверхности, обдувая его холодным воздухом, немедленно укладывают в блокформы или коробки и замораживают. Допускается филе, вырабатываемое на судах
из совершенно свежей рыбы, не обрабатывать раствором поваренной соли. Это разрешение сделано в целях упрощения технологии и увеличения производительности
судовых филетировочных линий.
Блок-формы или коробки выстилают пергаментом или полимерной пленкой,
укладывают филе плотно, не оставляя пустот и в то же время не допуская переполнения.
Замораживают филе до температуры не выше -18 °С в воздушных или плиточных морозильных аппаратах, причем последние наиболее эффективны для данного
вида продукта.
Филе, предварительно не упакованное в пленку или коробки, после замораживания обязательно глазируют в холодной пресной воде.
Важно, чтобы блоки мороженого филе имели размеры в строгом соответствии с
существующими стандартами. Это связано с тем, что на береговых предприятиях
блоки филе распиливают на брикеты массой 0,3-0,8 кг, упаковывают и направляют
на реализацию. Кроме того, из блочного филе путем распиловки вырабатывают
рыбные палочки.
Постоянно изменяющаяся сырьевая база рыбной отрасли обосновывает необходимость поиска путей эффективного использования малоценных в технологическом отношении объектов промысла (минтай, ставрида, путассу, мойва, килька, песчанка, анчоусы и др.), так как применение традиционных способов переработки не
позволяет приготовить из них удовлетворительные по качеству продукты питания.
При комплексной переработке данных видов рыб, особенно нежирных, перспектив122
ным является производство фарша.
Технология пищевого рыбного фарша является одним из рациональных способов использования сырья, так как позволяет извлекать из сырья и сохранять для
пищевых целей только его съедобные фрагменты (мышечную ткань), а остальные
части (внутренности, кожу, кости, головы) перерабатывать в различные виды пищевой, кормовой и технической продукции, что повышает экономическую эффективность производства.
Кроме того, производство фарша дает возможность значительно расширить ассортимент продуктов, получаемых из рыбы, так как в измельченную мышечную
ткань можно вносить различные пищевые добавки, что позволит
формировать
структуру, придавать пищевым продуктам требуемые цвет, вкус, аромат, консистенцию, внешний вид, добиваться повышения их пищевой ценности.
Для производства фарша могут быть использованы любые виды рыб, ракообразных, моллюсков. Наиболее рациональным является переработка на фарш сырья,
из которого сложно получить традиционные пищевые продукты: консервы, пресервы, слабосоленые, копченые, сушеные, вяленые. Для переработки на фарш рекомендуются малоценные, нежирные мелкие, пользующиеся низким спросом населения
рыбы, а также съедобные обрезки мышечной ткани, остающиеся при разделке рыбы
на филе, бракованные по размерным характеристикам филейчики, рыбу с механическими повреждениями, при этом поврежденные части должны быть удалены.
Технология пищевого рыбного фарша включает три основных операции: удаление головы и внутренностей; удаление костных и покровных тканей; измельчение
мышечной ткани.
Как готовый продукт фарш выпускают в основном двух видов: непромытый и
промытый. Непромытый фарш может быть грубоизмельченным - фарш пищевой
мороженый «Восточный», и тонкоизмельченным - фарш пищевой мороженый. Для
их производства используют рыбу-сырец, охлажденную или мороженую не ниже
первого сорта. Срок хранения мороженой рыбы до переработки на фарш не должен
превышать двух-трех месяцев в зависимости от вида рыбы. Промытый фарш гото123
вят только из рыбы-сырца. Грубоизмельченную мышечную ткань рыбы тонко измельчают и промывают пресной водой. Производят несколько видов тонкоизмельченного фарша: фарш пищевой «Особый», фарш для детского и диетического питания «Особый» (без пищевых добавок), фарш сурими.
Рыбу-сырец на производство фарша направляют до наступления или сразу же
после завершения стадии посмертного окоченения. Для получения промытого фарша сурими желательно использовать рыбу в период ее нагула со светлой мышечной
тканью, маложирную и высокобелковую (минтай, треска, путассу, хек и др.). От выбранного вида сырья зависят структурно-механические свойства сурими, в частности, его гелеобразующая способность, эластичность, прочность геля и соответственно возможность производства на его основе различных структурированных продуктов. При использовании для производства сурими рыбы с темным мясом (скумбрия,
сельдь, сардина и др.) его качество и структурно-механические характеристики
снижаются, и для их повышения необходимы специальные технологические приемы.
При производстве фарша с применением традиционных способов разделки используют рыбу размером не менее 20 см. При этом технологическая схема производства промытых и непромытых фаршей включает следующие операции: прием
сырья, мойка, разделывание, мойка разделанной рыбы, отделение мышечной ткани
от костей и кожи (грубое измельчение), [промывание, обезвоживание], [рафинирование], [смешивание с криозащитными добавками], фасование, замораживание, упаковывание, маркирование, хранение.
При приеме сырья оценивают его качество и количество, удаляют посторонние
примеси, моют, удаляют чешую на чешуесъемочных машинах.
При механизированной разделке сырье предварительно сортируют по размерам. Рыбу разделывают на филе, тушку или балычок. Способ разделывания сырья
оказывает существенное влияние на качество получаемого фарша. Лучшего качества фарш получают при разделывании рыбы на филе, однако выход готового фарша
при этом более низкий. При разделывании рыбы на тушку или балычок фарш мо124
жет иметь более темный цвет и включать некоторое количество примесей кожицы и
черной пленки, выстилающей брюшную полость, содержание которых в готовых
фаршах, кроме сурими, допускается лишь в незначительных количествах. При такой
разделке рыбы для производства промытого фарша требуется дополнительная промывка, что приводит к увеличению потерь в ходе технологического процесса и
снижению выхода готовой продукции.
Разделанную рыбу моют и на мясокостном сепараторе (неопресс, фарш-400,
фарш-500) отделяют от кожи и костей и грубо измельчают мышечную ткань рыбы.
В случае производства фарша «Восточного» грубоизмельченную массу смешивают
в фаршемешалках с криозащитными добавками, стабилизаторами, не допуская при
этом повышения температуры фаршевой смеси выше 10-12 °С.
Криозащитные добавки позволяют уменьшить денатурацию белков и повысить
влагоудерживающую способность и структурно-механические характеристики
фарша при замораживании и последующем холодильном хранении. Стабилизированный фарш направляют на фасование и замораживание.
При производстве тонкоизмельченного непромытого фарша грубоизмельченную мышечную ткань рафинируют для более тщательного удаления частичек кожи,
черной пленки, используя для этого фильтры тонкой очистки - рафинеры. Очищенную массу подают в куттер для тонкого измельчения и смешивания с криозащитными добавками. В ходе всего технологического процесса не допускают повышения
температуры выше 10-20 °С для предотвращения денатурации белка.
При производстве промытых фаршей грубоизмельченную мышечную ткань
немедленно промывают пресной водой, охлажденной до температуры не выше 6 °С,
удовлетворяющей требованиям стандарта на питьевую воду.
Основная задача промывки - удаление из фарша большей части саркоплазматических белков, которые ухудшают функциональные свойства сурими. Их содержание в мышечной ткани рыб составляет 20-30 % от общего содержания белка. Кроме
того, удаляются содержащиеся в мышцах пигменты: миоглобин, гемоглобин крови,
вызывающие изменение цвета фарша и катализирующие окисление липидов при его
125
хранении; ферменты, в том числе и триметиланиноксидазу, которая разрушает триметиламиноксид до формальдегида, что ускоряет процесс денатурации белков; небелковые азотистые вещества, придающие фаршу в процессе хранения неприятный
запах, темный цвет и способствующие реакциям окисления, гидролиза, денатурации
белков; частично удаляются липиды, свободные жирные кислоты; резко снижается
бактериальная обсемененность фарша; удаляются ионы металлов, препятствующие
образованию сетевидной каркасной структуры в готовых продуктах из фарша в процессе тепловой обработки. В результате этого промытый рыбный фарш выдерживает длительное холодильное хранение без ухудшения функциональных свойств.
Как правило, промывку осуществляют в несколько этапов (циклов), используя
для этого один или несколько параллельно работающих промывных баков из нержавеющей стали с мешалкой и автоматическим ограничителем уровня. Допускается соотношение объема массы рыбы и воды в баке 1:3; 1:4. Наибольшее количество
вымываемых веществ удаляется во время первого цикла, после третьего цикла оно
становится незначительным, поэтому чаще всего рекомендуется двух-, трехкратная
промывка. Длительность одной промывки, как правило, 10 мин, общая продолжительность промывки не должна превышать 45 мин.
Большое влияние на качество промытого фарша оказывают температура промывочной воды, которая не должна превышать 10 °С, наличие в ней минеральных
солей, рН, содержание хлорида натрия и др. Для промывания рекомендуют использовать мягкую воду с минимальным содержанием солей Ca/Mg и Fe/Mg, так как их
наличие приводит к изменению структурных свойств и окраски во время хранения
фарша. Что касается pН воды, то его необходимо поддерживать на уровне pН тканевого сока (6,5-7,0). Для облегчения удаления воды из фарша после промывки последняя промывочная вода должна иметь соленость на уровне 0,1-0,2 %. Слишком
большое содержание соли в ней может привести к солюбилизации миофибриллярного белка и преждевременному затвердеванию золя.
После каждого промывочного цикла промывочную воду отделяют на ротационном сите или другом устройстве, обеспечивающем ее стекание. Вместо емкостей
126
для многократной промывки можно использовать змеевиковое устройство для эффективной однократной промывки, где смеси фарша с водой (в соотношении 1:5)
придается вращательное движение.
Так как белков соединительной ткани в мышцах рыб не более 3 %, промытый
рыбный фарш почти полностью состоит из миофибриллярных белков. При добавлении к фаршу поваренной соли миофибриллярные белки частично переходят в полурастворимое состояние и образуют золь, который в дальнейшем застывает в гель,
обладающий прочной сетчатой структурой, в результате чего образуется упругая резиноподобная консистенция, что позволяет получать на основе промытого фарша
различные виды структурированных продуктов. Чем тщательнее проведены разделка рыбы и промывка измельченной мышечной ткани, тем выше в фарше содержание
миофибриллярных белков и лучше его гелеобразующая способность.
Очищенный фарш смешивают в куттере с криозащитными добавками, в качестве которых используют в зависимости от ассортимента выпускаемого фарша в различных комбинациях смеси полифосфатов, сахара, сорбита, лимонной кислоты, поваренной соли, обезжиренного сухого молока, альгината и др. При производстве
промытого тонкоизмельченного фарша для детского и диетического питания стабилизирующие добавки не вносят.
Фарш фасуют в парафинированные или ламинированные коробки, коробки из
картона с полимерным покрытием, пакеты из полимерных материалов предельной
массой 0,5-1,0 кг или 7-13 кг (для промышленной переработки).
Замораживают при температуре не выше -30 °С до температуры в центре блока
не выше -18 °С.
Если фарш получают из рыбы размером менее 20 см, используют специальные
технологические приемы, так как механизированная поштучная разделка мелких
рыб очень затруднена или практически невозможна.
Одним из вариантов получения пищевого фарша из мелкой рыбы является
норвежская технология: рыбу разрезают на поперечные куски (10 мм) и обрабатывают паром или кипящей водой, или раствором уксусной кислоты в течение 0,5-1,0
127
с. Кратковременная термическая или химическая обработка кусочков рыбы облегчает дальнейшее удаление жира, внутренностей, черной пленки, кожи, чешуи, а
также способствует частичной свертываемости крови. После обработки кусочки рыбы быстро промывают в турбулентном потоке воды для удаления кожи, внутренностей, сгустков крови. Затем обезвоживают центрифугированием или прессованием и
пропускают через протирочную машину для отделения мяса от костей и кожи. Однако круг использования такого фарша несколько ограничен, так как нативные
свойства белка из-за воздействия температуры и химических реагентов частично утрачены.
Производство непромытого фарша из мелких рыб возможно методом криоизмельчения. В этом случае пищевой фарш получают из мороженого неразделанного
сырья без его предварительного размораживания и разделывания путем осуществления основных технологических процессов: грубого и тонкого криоизмельчения
сырья и отделения тонкоизмельченной мышечной ткани от всех остальных фрагментов.
Температура продукта от -15 до -7 °С, а окружающей среды до -20 °С. В таких
условиях проявляется существенная разница аэродинамических свойств фрагментов
криоизмельченной рыбы. Принцип разделения основан на разной величине скорости
витания в воздушном потоке, что позволяет отделить измельченную пищевую мышечную ткань от непищевых отходов. Отходы, в свою очередь, тоже могут быть
разделены на костные ткани, чешую, внутренности, кожу.
Измельченную мышечную ткань сразу используют для производства готовых
продуктов или смешивают со стабилизирующими добавками, подпрессовывают для
удаления лишнего воздуха, фасуют и направляют на холодильное хранение.
Промытый пищевой фарш из мелких рыб может быть получен методом дезинтеграции мышечной ткани рыбы, основанном на различной степени разрушения
всех тканей рыбы от ударного воздействия.
Технологический процесс протекает следующим образом: рыба из дозатора подается на устройство для гидромеханической разделки, где она разрезается по длине
128
и промывается струями воды, затем в моечном барабане внутренности частично
вымываются и удаляются через перфорацию барабана. После этого рыба с головой и
частью оставшихся внутренностей по шнековому транспортеру подается в трехкаскадный дезинтегратор мышечной ткани рыбы. В дезинтеграторе рыба, двигаясь в
потоке пресной воды, постоянно ударяется о неподвижную ребристую поверхность.
В результате воздействия на рыбу ударных нагрузок получают измельченную массу
(пульпу), состоящую из разбитой до волокон мышечной ткани, кусочков кожи, голов с неразделанным прикрепленным пищеводом и желудком, плавников, хребтовых костей. Скорость потока рыбы с водой рассчитывается так, чтобы был возможен разрыв и расслоение мышечной ткани до размера волокон без существенного
разрушения других тканей. Пучок внутренностей остается связанным через пищевое
отверстие с головой, хребтовая кость не распадается на составляющие части. Для
отделения мышечной ткани от непищевых фрагментов пульпа подается на ротационное сито, на котором мышечная ткань в виде суспензии проходит через отверстия
(3,0х3,0), а голова, внутренности, кожа, кости остаются на сетчатом полотне. Отходы отжимают от излишней воды на шнековом прессе и направляют на производство
кормовой муки. Суспензия мышечной ткани для сгущения и уменьшения объема
подается на вибрационное сито. На этом сите мышечная ткань в виде пастообразной
массы остается на поверхности сетчатого полотна, диаметр отверстий которого от
0,22 до 0,25 мм. Окончательное отделение воды и получение готового фарша проводят в центрифуге. Продолжительность технологического процесса до момента обезвоживания составляет 3-5 мин, расход пресной воды -от 10 до 13 л на 1 кг фарша.
Обезвоженный фарш, как и промытый фарш с традиционной разделкой, смешивают
с криозащитными добавками, расфасовывают, замораживают и хранят. Фарш имеет
высокие качественные характеристики.
Технология продукции из нерыбных объектов. Отличительной особенностью ракообразных является повышенная по сравнению с рыбами ферментная активность, приводящая к интенсивному развитию посмертных изменений. К концу
периода посмертного окоченения окраска ракообразных бледнеет, уменьшается
129
прозрачность тела, наблюдается размягчение мяса. На панцире появляются черные
точки как результат окисления некоторых соединений, и прежде всего тирозина в
присутствии фермента тирозинады. При неблагоприятных условиях хранения ракообразных черные пятна увеличиваются в размерах и могут даже распространяться
на ткани, окрашивая их в темно-коричневый цвет.
Из креветок вырабатывают сыро- и варено-мороженую продукцию в неразделанном и разделанном виде. Креветки сортируют по видам и размерным группам.
При невозможности немедленной обработки креветок хранят во льду (100 % льда к
массе креветок) не более 12 ч с момента приема. Причем если креветки приняты неохлажденными (без льда), то срок хранения до обработки не должен превышать 2 ч.
Для предупреждения почернения креветок рекомендуется обрабатывать 0,5 %-м
раствором метабисульфита натрия в течение 3 мин.
Охлажденные креветки пропитывают морской водой с температурой не выше
10 °С, выдерживают 10-15 мин для удаления поверхностной воды и направляют:
при выпуске сыромороженых неразделанных (целых) - на замораживание; при выпуске сыромороженых разделанных (шейки в панцире) - на разделку; при выпуске
варено-мороженых неразделанных и разделанных - на варку.
Варят креветок в кипящей морской или пресной воде с добавлением поваренной соли соответственно 1 или 4 %, для чего их в сетчатых контейнерах помещают в
специальные котлы на 5-10 мин с момента вторичного закипания воды. По окончании варки контейнеры с креветками охлаждают в морской воде до температуры не
выше 30 °С.
Разделывают креветок сырых или вареных машинным способом или вручную,
аккуратно отделяя головогрудь от шейки по месту сочленения. Разделанных креветок направляют на кратковременную мойку или ополаскивание, затем на удаление
поверхностной воды, после чего без задержки подают на расфасовывание: в противни со вставленными в них гнездами-клетками; в коробки из картона и комбинированных материалов; в пакеты из полимерных пленочных материалов.
Креветок замораживают в воздушных или плиточных морозильных установках
130
до температуры не выше -18 °С и глазируют (4 % глазури). Вместо глазирования
мороженые креветки могут быть упакованы под вакуумом в пакеты из полимерных
пленок. Креветки, замороженные в коробках или пакетах, выпускаются в неглазированном виде.
В ряде зарубежных стран креветок замораживают в жидких хладагентах (азоте
или диоксиде углерода, фреоне-12) до температуры -40…-30 °С в течение нескольких минут. Благодаря высокой скорости замораживания они имеют высокое качество.
В России из ракообразных важное промысловое значение имеют крабы: камчатский, синий, равношипый, стригун. В мороженом виде выпускают вареные конечности краба, вареное мясо в панцирных трубках и чистое вареное мясо.
Добытых крабов после вылова сортируют по возрасту и полу, отбраковывают
непригодные экземпляры. Мелких самцов и самок сразу же выпускают в море. В
обработку крабы поступают в живом виде, допускается их хранение до обработки не
более 3 ч. Крабов разделывают вручную или на машинах с целью отделения конечностей с мясом от головогруди, панциря и внутренностей. Конечности зачищают от
жабр путем их прижимания к вращающемуся барабану или щеткам так, чтобы не
потерять при этом мяса. Затем конечности промывают холодной морской водой, укладывают в клети или корзины и варят в морской или подсоленной (концентрация
поваренной соли 4 %) воде при температуре 100 °С в течение 20±5 мин, считая с
момента вторичного закипания воды. Температура мяса краба должна достигнуть 85
°С перед тем, как конечности вынимают из котла. Конечности быстро охлаждают
проточной морской водой, выдерживают 15-20 мин для подсушивания, укладывают
в предварительно выстланные полимерной пленкой ящики и замораживают в воздушных или плиточных морозилках до температуры -18 °С. С целью ускорения
процесса замораживания и получения продукции высокого качества конечности после
варки
охлаждают
в
течение
20 мин забортной водой до температуры не выше 10 °С, затем, чтобы не допустить
проникновения при замораживании соли в мясо, конечности вторично охлаждают
131
циркулирующей морской водой с температурой около -3 °С до снижения температуры конечностей краба до -2…-0 °С и направляют их на рассольное замораживание
в растворах поваренной соли или хлористого кальция в течение 20-25 мин до температуры продукта не выше -18 °С. Замороженные конечности погружают на 3-4 с в
холодную (1-3 °С) пресную воду с целью их глазирования (3-4 % глазури). После
подсушивания на воздухе в течение 2-3 мин (розочкой вниз) их упаковывают в картонные ящики.
При приготовлении вареного мяса его освобождают от панцирных трубок вытряхиванием или выдуванием, укладывают в пачки, коробки или пакеты массой 0,20,5 кг и замораживают в воздушных или плиточных морозильных аппаратах до температуры не выше -18 °С.
Морозят также мясо устрицы, мидии, морского гребешка, трубача, кальмара
разделанного или неразделанного. Как правило, двустворчатых или брюхоногих
моллюсков направляют в обработку в живом или охлажденном виде. Мясо устриц,
трубача замораживают в сыром виде. Добытые ракушки моют холодной проточной
водой, извлекают мясо (мускулы, мантию), хорошо промывают, выдерживают для
удаления поверхностной воды, фасуют в картонные коробки, пакеты или блокформы, разделенные перегородками на небольшие отсеки. Замораживают мясо в
воздушных или плиточных морозильных аппаратах до температуры не выше -18 °С,
глазируют (если оно не в коробках или пакетах) и упаковывают.
Мясо гребешка, мидии замораживают в вареном виде. Варят их 10-12 мин в
морской воде, содержащей 3 % поваренной соли, при температуре около 100 °С.
Конец варки определяется полным раскрытием створок, свертыванием мяса в комочек и легким его отделением от створок, а также свободным отделением биссуса от
мяса.
В Японии на некоторых предприятиях для раскрытия створок гребешка вместо
варки применяют кратковременный (30-40 с) нагрев раковин в газовых горелках.
Из охлажденных раковин извлекают мясо, тщательно промывают его в проточной пресной воде, обсушивают, фасуют и замораживают.
132
Из головоногих моллюсков основными объектами промысла являются кальмары. Сразу после вылова кальмары идут на обработку, так как даже непродолжительное хранение отрицательно сказывается на качестве сырца. Кальмары, замороженные в начальной стадии окоченения, сохраняют высокое качество при температуре 18
°С
до
8-10
мес.,
а
в
состоянии
расслабления
-
только
3,5 мес. Кальмар-сырец охлаждают льдом (соотношение 1:1), потому что даже при
непродолжительном хранении в холодной воде мясо его темнеет, сильно набухает,
приобретает после тепловой обработки неприятные запах и привкус. Только что выловленных или охлажденных кальмаров после мойки и стекания направляют на разделку или в случае выпуска неразделанными - на замораживание. Виды разделки
кальмаров: тушка - внутренности и голова со щупальцами удалены, мантия целая,
остатки внутренностей и хитиновая пластина могут быть оставлены; разделанные, с
головой и щупальцами - внутренности, глаза, клюв удалены, брюшная полость зачищена, хитиновая пластинка может быть оставлена; обезглавленные (филе) - внутренности и голова со щупальцами удалены, мантия разрезана, брюшная полость зачищена, хитиновая пластина удалена.
Кальмары, разделанные на тушку и филе, могут выпускаться с кожицей и без
кожицы. Для снятия кожного покрова промытое филе погружают на 2-3 мин в пресную воду с температурой 55-58 °С и интенсивно перемешивают в барабанных или
вихревых моечных машинах. При необходимости, после охлаждения кальмаров, остатки кожного покрова дочищают вручную. Разделывают кальмаров вручную или
на специальных машинах, которые позволяют получать обесшкуренное филе, причем без тепловой обработки.
Разделанных кальмаров укладывают в блок-формы, коробки или пакеты и замораживают до температуры не выше -18 °С. После замораживания, если кальмары
не расфасованы в коробки или пакеты, блоки обязательно глазируют и упаковывают
в тару.
Технология продукции из морских растений. В мороженом виде в значительном количестве вырабатывается морская капуста. Для приготовления мороже133
ной морской капусты направляют двухлетние бурые водоросли семейства ламинариевых. При использовании культивированных водорослей допускают для обработки растения в возрасте не менее одного года. Свежую морскую капусту промывают
в чистой проточной морской воде, одновременно отсортировывают поврежденные
слоевища, удаляют оставшиеся ризоиды и черешки, с поверхности слоевищ с помощью щеток удаляют песок, ил, слизь и другие загрязнения.
Морскую капусту замораживают в виде целых слоевищ или их кусков по длине
блок-форм, а также шинкованной на полоски шириной не более 5 мм, длиной не более 70 мм. Разрезают или шинкуют слоевища вручную или механизированным способом.
Целые слоевища или их куски укладывают в блок-формы ровными рядами без
промежутков, шинкованную морскую капусту - насыпью с разравниванием. Допускается фасовать морскую капусту в коробки, пачки и пакеты массой не более 0,5 кг.
Замораживают морскую капусту в воздушных или плиточных морозильных аппаратах до температуры не выше -18 °С, упаковывают и хранят.
134
Лекция 10. Холодильное хранение и транспортирование мороженой продукции
Мороженая рыба - продукт, предназначенный для длительного хранения. Однако для того чтобы мороженая рыба хранилась без ухудшения качества, необходимо
во время хранения поддерживать те условия, которые были достигнуты при консервировании. Если это требование нарушено, то рыба быстро портится. Но даже при
хранении мороженой рыбы при температуре -18 °С и ниже в рыбе продолжаются
процессы, вызывающие физические, химические и биохимические изменения в ее
тканях.
Изменения в тканях рыбы при хранении. К физическим изменениям относятся: усушка рыбы; перекристаллизация льда, вследствие которой изменяется гистологическая структура тканей; изменение цвета наружной поверхности и мяса.
В первые месяцы хранения мороженой рыбы испаряется глазурь, затем идет
усушка поверхностных слоев тканей рыбы. Усушка уменьшает массу продукта и
ухудшает его качество. Теряется свойственный данному виду рыбы цвет поверхности, мясо приобретает сухую, жесткую, волокнистую консистенцию. В поверхностных слоях образуется обезвоженный губчатый слой, в котором с высокой интенсивностью происходит окислительная порча липидов и денатурация белков.
Величина усушки зависит от разности влагосодержаний воздуха над поверхностью продукта и в холодильной камере. Поэтому для ее уменьшения необходимо
поддерживать относительную влажность воздуха в камере близкой к 100 %. Однако
вследствие осушающего действия приборов охлаждения фактическое ее значение
составляет 94-98 %. Усушка пропорциональна дефициту абсолютной влажности
воздуха в камере, величина которого уменьшается с понижением температуры хранения. Так, при относительной влажности воздуха 95 % и температуре -12 °С дефицит
равен
0,12 г/м3, при -18 °С - 0,07 г/м3, а при -20 °С - только 0,05 г/м3. Это значит, что один
из путей снижения усушки - уменьшение температуры хранения мороженой рыбы
135
до -25…-30 °С. При этом величина усушки уменьшается на 15-20 % по сравнению с
хранением при температуре -18 °С.
Усушка мороженой продукции зависит от стабильности температурновлажностного режима в камере в течение всего периода хранения, которая достигается за счет устранения внешних теплопритоков, рационального размещения продукции в объеме камеры, применения эффективных систем охлаждения. Для
уменьшения теплопритоков используют метод динамической изоляции, при котором направляют холодный воздух навстречу теплопритоку, а также контролируют
состояние изоляции холодильных камер и трюмов судов. Для уменьшения усушки
повышают плотность загрузки продукта в камеры и обязательно его упаковывают в
тару, дополнительно укрывают штабеля мороженого продукта водонепроницаемым
материалом (брезентом, полимерной пленкой). Применяют панельную систему охлаждения трюмов и камер вместо батарейной и воздушной.
Чем меньше по размерам кристаллы льда, тем лучше качество мороженой рыбы. Однако в процессе хранения происходит изменение структуры льда, заключающееся в сокращении числа кристаллов и росте массы и размеров индивидуальных
кристаллов. Процесс перекристаллизации сопровождается изменением гистологической структуры тканей, а это в свою очередь ухудшает качество рыбы.
Явление перекристаллизации объясняется тем, что парциальное давление водяного пара над мелкими кристаллами больше, чем над крупными. В результате испарения водяного пара из мелких кристаллов происходит его миграция к крупным, где
он конденсируется и намерзает на их поверхности. Кроме того, при колебании температурного режима в камере, кратковременном отеплении часть мелких кристаллов
плавится. Образующаяся вода при медленном понижении температуры намерзает на
поверхности крупных кристаллов. Поэтому для уменьшения степени перекристаллизации льда в тканях рыбы необходимо устранить колебания температуры в камере
хранения и обеспечить достаточное ее снижение. Например, хранение мороженой
трески при колебаниях температуры от -16 до -20 °С приводит к перекристаллизации до 2 % льда, а при колебаниях от -25 до -30 °С до 0,15 %.
136
Цвет мороженой продукции изменяется за счет частичного обезвоживания поверхностных слоев в результате усушки, повышения концентрации красящих пигментов и продуктов их распада, окислительных процессов в подножных липидах, а
также оптических эффектов, связанных с перекристаллизацией льда.
Помимо физических изменений в мороженой рыбе при хранении протекают
биохимические процессы, приводящие к гидролизу и окислению липидов, гидролизу и денатурации белков. Глубина и направленность этих изменений зависят от химического состава и свойств мороженой рыбы. Так, для рыбы с высоким содержанием липидов более характерны изменения в результате гидролизных и окислительных процессов в липидах, а для тощей рыбы - гидролизные и денатурационные изменения в белковой системе сырья.
Ферментативные изменения тканевых липидов начинаются с их гидролиза,
причем фосфолипиды гидролизуются в первую очередь. Накопление свободных
жирных кислот еще не означает порчи мороженой рыбы, но свободные жирные кислоты в первую очередь подвергаются как окислению атомарным кислородом воздуха, так и ферментативному окислению за счет кислорода, содержащегося в тканях. Развитие процессов окисления свободных жирных кислот сопровождается образованием и накоплением в тканевых липидах первичных (перекиси) и конечных
(оксикислот, высокомолекулярных альдегидов) продуктов окисления. Усушка рыбы
способствует окислительной порче липидов, так как облегчает доступ кислорода
воздуха к тканевым липидам. Накопление в мясе рыбы продуктов гидролиза и окисления липидов не только ухудшает вкус и аромат, но и придает ему токсические
свойства.
Быстрее всего окисляются липиды в подкожном слое, где они в большей степени контактируют с кислородом воздуха. Чем больше в липидах полиненасыщенных
жирных кислот, тем быстрее они окисляются. Процесс окисления липидов задерживается с понижением температуры хранения и при применении защитных покрытий
на рыбе (глазури, пленки). Поэтому жирных рыб рекомендуется хранить при температуре -25...-30 °С, а для их глазировки применять растворы антиокислителей и во137
дорастворимых высокомолекулярных веществ (ПВС, КМЦ).
Изменения в азотистых веществах мороженой рыбы связаны с углублением
степени денатурации белков, а также с их ферментативным гидролизом. Причем
гидролиз тканевых липидов является фактором, влияющим на денатурацию мышечных белков во время холодильного хранения рыбы. Образующиеся при гидролизе
липидов ненасыщенные жирные кислоты взаимодействуют с миофибриллярными
белками и образуют нерастворимые белково-липидные комплексы. Окисленные липиды также взаимодействуют с белками, способствуя их переходу в нерастворимое
состояние.
Растворимость белков актомиозинового комплекса постепенно понижается во
время холодильного хранения замороженной рыбы при температуре -10…-12 °С. В
случае хранения при более низкой температуре (-30 °С и ниже) растворимость актомиозина не изменяется в течение длительного времени. Стабильность температурного режима хранения также оказывает влияние на свойства белков. Если мороженую рыбу, хранившуюся при температуре
-18 °С на непродолжительное время
(3-15 сут) переместить на хранение при температуре -9 °С, а затем снова хранить
при –18 °С, то это вызывает сокращение срока хранения мороженой рыбы на 1-2
мес., быстрое понижение растворимости актомиозина, рост кристаллов льда в тканях и резкое ухудшение вкусовых свойств рыбы. Уменьшение растворимости белков наиболее быстро происходит в первые 8-10 недель хранения, чем в последующий период.
Помимо температуры и продолжительности хранения к факторам, влияющим
на взаимодействие свободных жирных кислот и миофибриллярных белков, относятся степень насыщенности свободных жирных кислот и их концентрация. С повышением концентрации полиненасыщенных жирных кислот уменьшается растворимость миофибриллярных белков. Свободные жирные кислоты в основном воздействуют на миофибриллярные белки, хотя их влияние на саркоплазматические белки
также не исключено, но оно, по-видимому, менее значительно с точки зрения
уменьшения растворимости этих белков. Полного объяснения механизма действия
138
при холодильном хранении липидов на белки мышц рыбы не найдено. Предположительно жирные кислоты, освобождающиеся в результате гидролиза липидов, могут
модифицировать поверхность молекулы белка. Возможны два пути взаимодействия
белковых и липидных компонентов. Первый проявляется через нестабильные свободные радикалы промежуточных продуктов окисления липидов, которые могут
присоединить
водород
лабильных
групп
(например,
—SH) белковых цепей и вызвать их полимеризацию. Второй механизм проявляется
через стабильные продукты окисления, в частности карбонильные соединения (малоновый диальдегид, пропанол и гексанол), которые ковалентно взаимодействуют с
группами боковых цепей белков (преимущественно с гистидином, метионином и
лизином).
Ферменты в мороженой рыбе полностью свою активность не прекращают, и автолитические процессы, хотя и медленно, продолжают протекать. В результате протеолиза белковых веществ в мороженой рыбе накапливаются небелковые азотистые
вещества, количество которых зависит от температуры хранения.
Замечено, что некоторые виды рыб (треска, минтай) менее стабильны при холодильном хранении, чем близкие по химическому составу виды, хорошо выдерживающие длительное хранение. У таких рыб быстро изменяется структура тканей, и
они приобретают жесткость и губчатое строение. У этих рыб активен фермент триметиламиноксидаза, который при отрицательных температурах в мороженой рыбе
гидролизует окситриметиламин (ОТМА) на диметиламин (ДМА) и формальдегид,
оказывающий отрицательное воздействие на качество рыбы при холодильном хранении. В результате накопления формальдегида возрастает способность тканей
удерживать воду. Однако от этого они становятся не сочными, а водянистыми. Присутствие формальдегида уменьшает растворимость белков, особенно миофибриллярных, в большей степени тропомиозина и миозина, в меньшей - актина и тропонина.
Механизм воздействия формальдегида на белки на молекулярном уровне объясняется способностью его связывать ковалентно различные функциональные груп139
пы белков и, следовательно, вызывать деформацию белковой молекулы вследствие
образования поперечных связей между пептидными цепями белков через метиловые
мостики.
Ослабление денатурационных и гидролизных процессов при хранении мороженой рыбы достигается путем снижения температуры. Хранение мороженой рыбы
при низких температурах ведет к постепенному уменьшению численности микроорганизмов на рыбе. Однако даже при таких условиях на рыбе в процессе хранения
могут развиваться плесени и грибковые виды микроорганизмов.
Условия хранения и транспортирования мороженой продукции. Хранение
мороженой рыбы на судах, производственных и распределительных холодильниках
осуществляется при температуре не выше -18 °С и относительной влажности воздуха 94-98 %. Жирных рыб рекомендуется хранить при более низких температурах (25...-30 °С). Температурно-влажностный режим должен быть постоянным, допускается колебание температуры ±0,5 °С, а относительной влажности ±1 %. Температура
воздуха в камерах измеряется два раза в сутки, относительная влажность - не реже
одного раза в неделю. Данные измерений фиксируются в специальном журнале.
Относительная влажность в камерах хранения мороженых продуктов не регулируется искусственно, а устанавливается самопроизвольно в зависимости от условий, создаваемых в камере, особенностей продуктов, действия охлаждающих приборов и наличия теплопритоков.
Укладка ящиков мороженой рыбы в штабеля должна быть очень плотной, без
сепарации по рядам для поддержания равномерного режима. Высота штабелей зависит от вида ящиков (деревянные, картонные) и высоты камер холодильника.
Нормы загрузки рыбы в холодильную камеру зависят от способа ее замораживания, вида упаковки и составляют для рыбы, мороженой блоками в картонных
ящиках, 0,5 т/м3, рыбного филе, мороженого в картонных ящиках, 0,4 т/м3.
Для лучшего использования холодильной площади мороженую рыбу рекомендуется укладывать на расстоянии: от стен без приборов охлаждения - 0,3 м, от потолка без приборов охлаждения - 0,2 м; от приборов охлаждения (пристенных и по140
толочных) - 0,4 м; от воздушных каналов (нижней поверхности) - 0,3 м. В камерах с
теплозащитным кожухом отступов не делают. Наличие зазоров необходимо для
свободной циркуляции воздуха между стенами и штабелями мороженой продукции,
а также для очистки приборов охлаждения от инея. При укладке штабелей предусматривают главный и вспомогательные проезды. Для механизации погрузочноразгрузочных работ применяют пакетный способ транспортирования и хранения
мороженой рыбопродукции на поддонах.
Мороженая продукция доставляется из районов промысла в основном транспортными рефрижераторами при температуре воздуха в грузовых трюмах не выше 18 °С и относительной влажности 95-100 %. Перед погрузкой мороженой рыбы температура
в
трюме
должна
быть
на
1-2 °С ниже температуры хранения. Погрузка проводится быстро во избежание отепления мороженой продукции. При повышении температуры в трюме выше -10 °С
погрузка прекращается, и трюм охлаждается до требуемой температуры. Транспортируют мороженую продукцию в рефрижераторных вагонах и автомобилях при
температуре -15…-18 °С.
Сроки хранения мороженой рыбы нормируются действующей нормативной документацией и приведены для некоторых продуктов в табл. 3.11. Они зависят от
следующих факторов: вида рыбы (химический состав), способов разделки и замораживания, наличия на рыбе защитного покрытия в виде глазури, полимерной пленки,
условий хранения.
Перспективы увеличения стойкости мороженой продукции при холодильной
обработке связывают с понижением температуры ее замораживания и последующего хранения. Первым достижением в этом направлении для отечественной рыбной
промышленности мог бы явиться переход на температуру замораживания и холодильного хранения -25 °С. Причем вся непрерывная цепь холода от производителя
до потребителя должна быть перестроена на эту температуру. Но даже при такой
низкотемпературной обработке сырья важным остается использование ледяной глазури с антиокислителями, пленкообразующих веществ, а также упаковывание про141
дукта в полимерные материалы под вакуумом.
Таблица 3.11
Нормативные сроки хранения мороженых продуктов при различных температурах, мес.
Вид мороженой продукции
-18 °С
-25 °С
глазированные
6
8
неглазированные
4
6
глазированные
6
8
неглазированные
4
7
Сельдевые глазированные
4
6
Ставрида глазированная
5
7
глазированные
8
10
неглазированные
6
7
глазированный
8
10
неглазированный
6
7
Тресковые
Камбаловые
Сиговые
Крупный и мелкий частик
Филе глазированное в блоках
из тресковых и океанических
5
рыб
из морского окуня, зубатки, пал-
6
туса
из ставриды и скумбрии
4
Фарш рыбный
для «Крабовых палочек»
4
142
«Особый» из минтая
6
«Сурими»
9
непромытый «Российский»
9
На Дальнем Востоке производят мороженую рыбу длительного срока хранения,
при этом учитывают приведенные выше прогрессивные приемы холодильной технологии. Отличительной особенностью этого производства является: замораживание рыбы до -25 °С, создание двойного защитного слоя путем глазирования и упаковывания блоков в полиэтиленовую пленку, дальнейшее хранение рыбы при температуре не выше -25 °С. Для такой мороженой продукции утверждены следующие
нормативные сроки хранения: минтай и навага, разделанные на тушку без головы, 12 мес.; камбала неразделанная - 9 мес.
Допустимые сроки хранения пищевого продукта - это время от начала хранения
до момента появления в нем первых признаков порчи (окисления липидов, изменения цвета и запаха после размораживания и пробной варки). Допустимые сроки хранения обычно связывают с видом продукта и условиями хранения, выделяя при этом
температуру хранения как наиболее важный фактор. Остальные обстоятельства, как
трудно поддающиеся обобщению, обычно не учитываются. Установлено математическое описание зависимости допустимого срока хранения замороженных продуктов (τ) от температуры (t) в пределах -6…-20 °С:
τ = А ⋅10 -0,05t .
(3.38)
Для говядины, баранины А=2,15, свинины нежирной, рыбы нежирной - 1,78,
мяса кур - 1,58, мяса гусей, кроликов, жирной рыбы - 1,26.
В этой формуле продолжительность хранения зависит от температуры. Поэтому возрастание ее абсолютных величин соответствует увеличению допустимых сроков хранения в экспоненциальной зависимости. Такая зависимость τ от t подтверждена результатами исследований поведения многих продуктов (рис. 3.9). Однако
кривые 5 и 6 (рыба тощая и жирная) имеют небольшую кривизну, что свидетельствует об отклонении от экспоненциальной связи τ от t и обусловлено природными
143
свойствами продукта, его состоянием до холодильной обработки и другими не
Продолжительность хранения, сут
вполне выясненными дополнительными условиями.
Температура, °С
Рис 3.9. Зависимость допустимого срока хранения τ (в полулогарифмических
координатах) от температуры t: 1 - тушки цыплят в паронепроницаемой упаковке;
2 - тушки цыплят в бумажной упаковке; 3 - говядина; 4 - свинина; 5 - рыба тощая;
6 - рыба жирная; 7 - малина без сахара; 8 - зеленый горошек, фасоль; 9 - шпинат
Проблема допустимых сроков хранения пищевых продуктов часто упоминается
и обсуждается в специальной литературе как проблема Т-Т-Т (Time-TemperatureTolerance). Развитие ее привело к созданию нескольких типов цветных температурных индикаторов изменения стойкости продуктов (в основном в США). В таких индикаторах меняется окраска со скоростью в зависимости от температуры либо со
временем появляется цветная надпись о недопустимости дальнейшего хранения
продукта, либо смещается окрашенная граница в ампуле со скоростью, зависящей от
144
температуры. Хотя разработанные индикаторы подтверждают возможность инструментального решения проблем Т-Т-Т, специалисты, работающие в этой области, пока еще не выражают удовлетворенности достигнутым, и работы по созданию новых
типов индикаторов того же назначения продолжаются.
Требования к качеству и пороки мороженой рыбы. По качеству мороженая
рыба должна соответствовать требованиям действующей нормативной документации. Она должна быть правильно разделанной, иметь температуру в центре блока не
выше -18 °С, количество глазури 2-4 % в зависимости от вида рыбы, в ее тканях
должны отсутствовать гельминты. По качеству мороженая рыба подразделяется на
первый и второй сорт. Поверхность рыбы должна быть чистой и естественной окраски, допускаются незначительные ее повреждения (проколы, порезы) и подкожное
пожелтение, не связанное с окислением липидов. У рыбы второго сорта могут быть
небольшие кровоподтеки, потускневшая поверхность, подкожное пожелтение и пожелтение на срезах, не проникающее в толщу мяса. Консистенция после оттаивания
плотная, у рыбы второго сорта допускается ослабевшая, но не дряблая. Запах после
размораживания должен соответствовать свежей рыбе, без порочащих признаков.
Для второго сорта допускается кисловатый запах в жабрах и незначительный запах
окислившегося жира на поверхности, не проникающий в толщу мяса.
К порокам мороженой рыбы относят механические повреждения, кровоизлияния и кровоподтеки, недомороженность, смерзание, высыхание, старые запахи, пожелтение поверхности и окисление липидов.
К механическим повреждениям относят сбитость чешуи, срывы кожи, надломы
жаберных крышек, плавников, порезы, уколы и т.д. Для их избежания надо уменьшать продолжительность траления и нахождения рыбы в орудиях лова, не нарушать
условия хранения сырца, бережно к нему относиться. Кровоизлияние и кровоподтеки возникают в результате гиперемии из-за разрыва кровеносных сосудов во время
предсмертной агонии, они ухудшают внешний вид рыбы. Допускается покраснение
поверхности у мороженых частиковых рыб, незначительные кровоподтеки у осетровых, порозовение по брюшку и бокам у лососевых рыб. Для предотвращения агонии
145
крупная рыба в живом виде должна быть оглушена и убита.
Недомороженность рыбы имеет место, когда ее температура выше -18 °С. Такая
рыба плохо глазируется, при ее загрузке в трюм нарушается температурный и влажностный режимы, она имеет более низкие стойкость в хранении и качество.
Смерзание отдельных экземпляров или блоков рыбы происходит при недомораживании или оттаивании продукции, нарушении режима глазирования и порядка
упаковывания. Смерзание приводит к деформации, ломке рыбы, повреждениям
кожных покровов.
При высыхании поверхность рыбы и ее ткани теряют естественную окраску. В
поверхностных слоях мяса образуется обезвоженный губчатый слой, в котором интенсивно происходит денатурация белков и окисление липидов. Предотвращают
этот дефект глазированием замороженной рыбы или упаковыванием ее в полимерную пленку.
Возникновение старых запахов связано с глубокой денатурацией и гидролизом
белков рыбы. Их проявлению способствует недостаточно низкая температура замораживания и хранения, отсутствие защитного слоя глазури. Часто старые запахи
возникают у рыб с обводненным мясом в конце холодильного хранения. Меры предупреждения этого порока - низкие температуры замораживания и хранения, применение глазирования и упаковывание в полимерную пленку.
Пожелтение поверхности мороженой рыбы может происходить в результате
как специфического подкожного пожелтения, так и окислительной порчи липидов.
В первом случае оно объясняется тем, что в коже некоторых океанических рыб
(сайра, скумбрия, ставрида и др.) содержатся каротиноиды желтого цвета (тараксантин), химически связанные с белками. При низкотемпературной обработке рыбы
белково-каротиноидные комплексы разрушаются, и освободившиеся каротиноиды
переходят в подкожный слой жира, окрашивая его в желтый цвет. Продукт с таким
пожелтением является доброкачественным. Во втором случае подкожного пожелтения рыба имеет все признаки окислившегося жира, и при проникновении продуктов
окисления в толщу мяса она непригодна для пищевого использования. Меры преду146
преждения: наличие глазури, упаковывание в полимерную пленку под вакуумом,
использование пленкообразующих покрытий, антиокислителей, низкотемпературных режимов хранения.
§ 10. Технология размораживания
Размораживание - завершающая стадия низкотемпературной обработки гидробионтов. В соответствии с современными представлениями размораживание рассматривается как процесс, обратный замораживанию, состоящий в таянии кристаллов льда и восстановлении первоначальной гистологической структуры мышечной и
других тканей рыбы и морепродуктов.
Размораживание - это тепловой процесс, при котором определенное количество
теплоты передается рыбе для повышения температуры ее тела от начальной -18 до 1 °С. При размораживании в теле рыбы происходят прежде всего изменения, связанные с таянием кристаллов льда и поглощением воды тканями рыбы. Если вся вода, образующаяся при таянии кристаллов льда, поглощается тканями, то размороженная рыба по своим свойствам близка к свежей. Выделение значительного количества воды при размораживании свидетельствует о снижении пищевой ценности
продукта в процессе холодильной обработки, мясо такой рыбы становится волокнистым, сухим и жестким.
Качество размороженной рыбы зависит от степени свежести сырья перед замораживанием, скорости замораживания, режимов и сроков хранения, а также условий
размораживания. Основные технологические задачи, которые решаются при размораживании, - это максимальное уменьшение потерь тканевого сока и достижение
наибольшей обратимости процесса низкотемпературной обработки.
Нежелательные изменения свойств мяса рыбы как при замораживании, так и
при размораживании определяются в основном денатурацией белков в интервале
температур от -1 до -5 °С. Поэтому чем быстрее при размораживании проходят эту
критическую зону температур, тем меньше изменяются свойства мяса рыбы. При
147
быстром размораживании рыбы (в воде) количество выделяемого мышечного сока
примерно в 1,5 раза меньше по сравнению с медленным размораживанием (во льду
и на воздухе).
Слишком медленное размораживание, при котором рыба длительное время находится в зоне неблагоприятных температур (-5…-1 °С), способствует денатурации
белков, отделению мышечного сока и ухудшению консистенции мяса.
Количество тепла, необходимого для полного размораживания рыбы, определяется по формуле
Q = G (i н − i к ) ,
(3.39)
где Q - количество тепла, Дж;
G - масса рыбы, кг;
iн и iк - удельные энтальпии при начальной и конечной температурах,
Дж/кг.
Из общего расхода теплоты основное количество (до 71 %) расходуется на
плавление кристаллов льда (табл. 3.12).
Таблица 3.12
Расход теплоты в зависимости от температуры рыбы
Температура, 0С
Количество теплоты в расчете на 1 кг рыбы
кДж
%
-20... -12
24,7
8,7
-12... -5
39,4
13,9
-5... 0
201,8
71,2
0... 5
17,6
6,2
Поэтому для обеспечения быстрого прохождения «опасного» температурного
интервала
-5... 0 °С необходим интенсивный подвод тепла к размораживаемому продукту.
Способы размораживания, их сравнительная оценка. В зависимости от ха148
рактера передачи продукту тепла известные способы размораживания условно делятся на две группы. К первой относятся способы передачи тепла к поверхности
продукта от внешней среды путем теплообмена (поверхностное размораживание). В
этих способах теплота сообщается продукту через теплоизлучающую среду: сухой,
влажный воздух, воду, лед, раствор поваренной соли, паровоздушную смесь, конденсирующийся пар, инфракрасное излучение, а также греющие металлические
плиты. Размораживание происходит постепенно от поверхностных слоев рыбы к
внутренним.
Ко второй группе относятся способы, при которых тепло, необходимое для
размораживания, генерируется в объеме замороженного продукта. В основе способов объемного размораживания лежат электрические свойства рыбы. Замороженная
рыба обладает свойствами слабых проводников и диэлектриков, поэтому ее либо
включают в электрическую цепь как проводник, либо помещают в переменное электрическое поле, и она разогревается как диэлектрик. Размораживание происходит в
результате объемного нагрева (объемное размораживание). Ко второй группе относится также размораживание ультразвуковыми колебаниями.
Способы размораживания в воде (морской или пресной) и растворах поваренной соли погружением и орошением наиболее приемлемы для быстрой обработки
значительного количества продукта. К их недостаткам относят экстракцию азотистых веществ, набухание тканей рыбы, а также большой расход воды.
При воздушном размораживании указанные недостатки устраняются, однако
процесс происходит медленно, устройства для его осуществления громоздки, отмечаются подсушка внешней поверхности продукта, окисление липидов, рост числа
микроорганизмов.
При паровакуумном размораживании отсутствуют перегрев продукта, потери
массы, бактериальное загрязнение, снижается расход воды, сохраняются вкусоароматические свойства рыбы. Однако этот способ отличается невысоким значением
коэффициента теплоотдачи (на уровне размораживания в воде орошением), сложностью и периодичностью действия устройства, высокой энергоемкостью.
149
Размораживание инфракрасным излучением основано на использовании лучистого теплообмена между излучателем и облучаемым продуктом. Этот способ позволяет достигать высоких скоростей нагрева, так как поверхностная плотность потока излучения в десятки раз превышает плотность теплового потока при конвективном размораживании. Но под действием излучения быстро нагревается поверхность продукта, в то время как внутренние слои остаются еще замороженными, что
отрицательно сказывается на качестве. Кроме того, быстрый нагрев способствует
поверхностному испарению воды и образованию вздутий под кожей рыбы. Данный
способ размораживания предпочтительнее использовать в комбинации с другими.
Размораживание контактом с греющей поверхностью эффективно только для
блоков, имеющих ровную, плоскую поверхность. Такое размораживание происходит быстро у поверхности, но значительно медленнее во внутренних слоях; возможен нагрев рыбы и нарушение ее кожного покрова.
Размораживание кристаллизирующейся водой основано на использовании теплоты, которая выделяется при льдообразовании на поверхности мороженой рыбы.
Для осуществления этого способа мороженую осетровую рыбу погружают в непроточную воду, температура которой 0,5-1 °С. На поверхности рыбы образуется корочка льда, которая по мере отепления рыбы до -3 °С (для разделки на балычные изделия) постепенно увеличивается, достигая 30 % от массы продукта. Продолжительность такого размораживания больше, чем при обычном способе в циркулирующей воде, однако при этом уменьшаются набухание тканей и потеря экстрактивных веществ, обсемененность рыбы, расход воды.
Способы объемного размораживания с использованием тока промышленной
частоты и энергии электромагнитного поля обеспечивают наиболее быстрое размораживание рыбы и высокое ее качество. К недостаткам размораживания токами
промышленной частоты относится большой расход электроэнергии и воды. Что касается размораживания в электромагнитном поле, то недостатками этого способа
являются: возможность локального перегрева продукта при отеплении выше температуры -2…-1 °С, повышенный расход электроэнергии, невозможность разморажи150
вания продуктов неправильной геометрической формы.
В промышленности в основном применяются способы поверхностного размораживания, из которых наибольшее распространение получило размораживание на
воздухе и в воде. В последнее время используются электрофизические способы, а
также размораживание паром под вакуумом.
В воздушной среде размораживают крупную рыбу, филе, фарш, кулинарные
изделия при температуре воздуха 8-20 °С и относительной влажности 90-95 %. Рыбу
укладывают на стеллажи в один ряд и выдерживают в течение 6-25 ч до достижения
температуры рыбы -1... 0 °С. Продолжительность размораживания зависит от толщины, теплофизических свойств продукта, температуры воздуха, скорости его циркуляции.
Интенсификация процесса размораживания рыбы на воздухе достигается путем
его увлажнения (95-100 %) и циркуляции (1-5 м/с). Увлажнение необходимо для избежания усушки продукта при размораживании. При этом продолжительность процесса сокращается примерно на 35 %.
B промышленности распространен способ размораживания рыбы путем погружения ее в проточную воду или орошения водой. За счет высокого коэффициента
теплоотдачи от воды к продукту значительно сокращается продолжительность размораживания по сравнению с размораживанием на воздухе. Температура воды не
выше 20 °С, соотношение рыбы и воды 1:4-1:5. Вода должна соответствовать требованиям стандартов на питьевую воду. Продолжительность размораживания рыбы в
воде в зависимости от ее размера составляет 1-4 ч. Для уменьшения потерь экстрактивных веществ и набухания тканей в воде рекомендуется размораживать неразделанную рыбу или тушку. Кроме того, в воде целесообразно размораживать только
среднюю по размеру и мелкую рыбу, так как при обработке крупной рыбы из-за
длительного пребывания в воде ее мясо сильно обводняется и качество снижается.
Для интенсификации процесса применяют подачу пара под давлением, циркуляцию
пара, смесь воды и воздуха в виде пульсирующей струи. Более эффективен способ
151
размораживания орошением водой. Но даже и он мало пригоден для размораживания крупной рыбы, так как после распада блока внутренние слои рыбы остаются недостаточно размороженными.
При производстве копченой и соленой продукции рыбу размораживают в концентрированных растворах поваренной соли. Продолжительность размораживания
рыбы в растворе поваренной соли концентрацией 24 % и температурой 30 °С составляет 3-5 ч. При этом содержание соли в рыбе 1,2-1,5 %, потери массы 1,2-2,6 %.
Сущность размораживания конденсирующимся паром под вакуумом заключается в том, что водяной пар при пониженном давлении расширяется и, конденсируясь на поверхности, обогревает рыбу. Вакуум в камере позволяет поддерживать достаточно низкую температуру, при которой свойства мяса рыбы хорошо сохраняются. Например, при температуре конденсации 20 °С необходимо поддерживать в камере размораживания давление 2,3·10-3 МПа.
Скорость размораживания паром под вакуумом увеличивается приблизительно
в 3 раза по сравнению с размораживанием на воздухе. Это связано с тем, что конденсация насыщенного пара на поверхности рыбы при пониженном давлении способствует увеличению коэффициента теплоотдачи в 7-9 раз по сравнению с воздушной средой. Кроме того, использование в качестве теплоносителя насыщенного водяного пара позволяет увеличить количество теплоты, подводимой в зону таяния
льда.
Способы объемного размораживания по сравнению с поверхностными являются более эффективными, продукция получается высокого качества, отсутствует
усушка, окисление липидов, вымывание азотистых веществ.
В зависимости от того, какие электрические свойства рыбы используются при
осуществлении объемного нагрева, различают размораживание электрическим током, диэлектрическое размораживание. При размораживании электрическим током
через замороженную рыбу, обладающую определенной электропроводимостью,
пропускают переменный электрический ток промышленной частоты, который вызывает ее нагрев (эффект Джоуля-Ленца). Блок мороженой рыбы помещают в мед152
ленно циркулирующую воду, в результате чего его температура повышается, а электрическое сопротивление уменьшается. Затем с двух сторон подводят к блоку два
электрода и пропускают через них переменный ток напряжением 10-40 В с силой
10-20 А. Продолжительность размораживания стандартного блока рыбы токами
промышленной частоты составляет 4-5 мин.
При диэлектрическом размораживании рыба помещается в электромагнитное
поле и размораживается как диэлектрик. В зависимости от диапазона частот электромагнитного излучения различают сверхвысокочастотное (СВЧ), высокочастотное
(ВЧ) и низкочастотное (НЧ) размораживание.
При размораживании микроволнами используют частоты 915-2450 МГц. В результате действия переменного поля на мороженую рыбу в ней появляется ток смещения, вызванный наличием свободных электрически заряженных частиц. Прохождение суммарного тока приводит к выделению теплоты в объеме продукта.
Источником электромагнитного излучения является магнетрон. Энергия передается через волноводы. При ВЧ и НЧ размораживании рыба помещается в электромагнитное поле конденсатора, к которому подают переменное напряжение строго выбранной частоты (обычно 25-50 МГц). На практике большее применение находит размораживание в электромагнитном СВЧ-поле. Размораживание в СВЧ-поле
происходит быстро, температурный интервал -5... 0 °С проходит за короткое время,
что обеспечивает продукту высокое качество. Однако тепловой эффект размораживания токами СВЧ с увеличением толщины продукта снижается. Тонкие блоки размораживаются в течение секунд, в то время как продолжительность размораживания
стандартного блока составляет 25-30 мин. Специалисты считают, что перспективными являются комбинированные методы размораживания, включающие размораживание посредством нагрева электрическим током и внешнего нагревания в воде
или в потоке воздуха.
Контрольные вопросы
153
1. Какое значение имеет холодильная технология в рыбообрабатывающей отрасли и почему?
2. Что представляет собой холодильная цепь рыбной промышленности?
3. Каковы перспективы развития холодильной технологии?
4. Почему охлажденная рыба хранится больший период времени, чем неохлажденная?
5. Какие биохимические изменения протекают в тканях охлажденной рыбы при
хранении?
6. Как рассчитать количество холода, требуемого на охлаждение рыбы?
7. Приведите классификацию способов охлаждения рыбного сырья.
8. Какие факторы и как влияют на продолжительность охлаждения рыбы
льдом?
9. Как осуществляется охлаждение рыбы в жидких средах?
10. Дайте сравнительную оценку способам охлаждения рыбного сырья.
11. Каковы требования к качеству охлажденной рыбы, условиям и срокам ее
хранения?
12. Почему увеличиваются сроки хранения подмороженной рыбы по сравнению
с охлажденной?
13. Какие физические изменения имеют место при замораживании рыбы?
14. Какие гистологические изменения происходят в рыбе при замораживании?
15. Какие биохимические изменения протекают в рыбе при замораживании?
16. Какие микробиологические изменения происходят при замораживании рыбы?
17. В чем заключается обратимость процесса замораживания?
18. Как рассчитывается средняя температура продукта при замораживании?
19. Как определяется скорость замораживания?
20. Как определяется продолжительность замораживания?
21. Рассчитайте расход холода на замораживание.
22. Приведите класификацию способов замораживания рыбы.
154
23. Как осуществляется замораживание рыбы холодным воздухом в естественных условиях?
24. Как осуществляется замораживание рыбы в воздушных скороморозильных
аппаратах?
25. Каким образом замораживают рыбу и ракообразных в жидкостных морозильных аппаратах?
26. Как осуществляют замораживание рыбы в плиточных морозильных аппаратах?
27. Дайте характеристику процесса глазирования, приведите его режимы.
28. Какие глазировочные покрытия применяются для увеличения сроков хранения мороженой рыбы?
29. Приведите типовую технологическую схему производства мороженой рыбы.
30. Назовите особенности производства мороженого филе.
31. Какова технология мороженого пищевого рыбного фарша?
32. Какие изменения развиваются в мороженой рыбе при хранении?
33. Приведите условия и сроки хранения мороженой рыбы.
34. Какие требования предъявляются к качеству мороженой рыбы?
35. Дайте характеристику процесса размораживания рыбы.
36. Назовите способы поверхностного и объемного размораживания.
155