Перспективные способы криообработки сырья биологического происхождения.
Анализ перспективных направлений развития пищевой технологии показывает, что одним из них является организация технологических процессов переработки сырья биологического происхождения в широком интервале низких (отрицательных) температур. Учитывая ограниченный и кратковременный срок хранения подавляющего большинства пищевого сырья и продуктов, возникает необходимость их промышленного замораживания и холодильного хранения. Способ консервирования холодом основан на том, что при понижении температуры значительно снижаются жизнедеятельность микроорганизмов и активность тканевых ферментов. В то же время при размораживании негативные свойства сырья ухудшаются вследствие необратимых структурных преобразований, вызванных фазовым переходом тканевой влаги в льдообразное состояние при замораживании, и потерей части ценных питательных веществ. Поэтому представляется рациональным осуществлять для некоторых видов мороженого сырья технологические процессы по их обработке с целью получения полуфабриката или готового продукта в условиях отрицательных температур, не допуская фазового перехода влаги в жидкое состояние.
В России научные исследования и опытно-промышленное внедрение технологий криообработки применительно к сырью животного происхождения впервые осуществлялись в Московском государственном университете прикладной биотехнологии. В 1967 г. Каухчешвили Э.А. и др. [1] разработан способ приготовления фарша из мясной ткани в процессе производства колбасных изделий. Сущность способа заключается в том, что перед окончательным измельчением мясную ткань замораживают с помощью жидкого азота до температуры 193…77 К, т.е. до температур, соответствующих хрупкому разрушению продукта. В этих условиях мороженая мясная ткань значительно легче дробится, повышается степень и равномерность ее измельчения. Таким образом, весь технологический процесс приготовления фарша осуществляется путем предварительного и окончательного дробления замороженного до хрупкого состояния сырья, которое характеризуется сыпучестью, что облегчает механизацию операций. Отмечается, что фарш по этому способу приготовления имеет однородную структуру даже при наличии соединительной ткани и предназначен для производства бесструктурных колбасных изделий.
В дальнейшем на основании этой технологии во ВНИКТИ-холодпроме были проведены исследования по замораживанию мясной ткани крупного рогатого скота в парах жидкого азота до температуры 163… 143 К, ее измельчению и получению мороженого полуфабриката для производства сосисок, колбас, белкового концентрата и других видов пищевых продуктов. Отмечается, что способ позволяет избежать трудоемкой операции жиловки, измельчать мясо до гомогенного состояния и увеличить выход готовой продукции [2].
Во ВНИХИ (ВНИКТИ холодпроме) исследована также возможность использования тонкоизмельченной мясокостной массы при производстве быстрозамороженных продуктов питания [2]. По ТУ 49 1163-85 получают из позвоночной кости КРС методом низкотемпературного измельчения тонкоизмельченную мясокостную массу. Показано, что продукты на основе мясокостной массы обладают высокой пищевой ценностью, полезны при лечении ряда заболеваний. Сам технологический процесс криообработки сопровождается меньшими, по сравнению с традиционными методами, энергозатратами и приближается к безотходному производству. Разработана рецептура и проведена успешно клиническая апробация быстрозамороженных мясных блюд: бифштексов, котлет, тефтелей и пирогов с мясной начинкой.
Разработанные в мясной промышленности технологии криоизмельчения многокомпонентного пищевого сырья позволили не только повысить эффективность процесса диспергирования, но и создать новые методы его обработки. Различие физико-механических свойств компонентов сырья биологического происхождения, сыпучесть тонкоизмельченных частиц при отсутствии их агрегации позволили разработать ряд методов покомпонентного криоразделения пищевых продуктов.
В трудах Каухчешвили Э.А., Рогова И.А., Илюхина В.В., Бабакина Б.С. и др. [1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14] разработаны теоретические и практические основы новых для пищевой промышленности процессов — криоизмельчения и криоразделения сырья животного происхождения. Предложенные учеными электрофизические и механические методы криоразделения мясного сырья рассматривались первоначально как методы, призванные улучшить однородность и сохранить качество получаемого криообработкой мороженого фарша. В настоящее время они приобрели самостоятельное значение как новые эффективные методы безотходной технологии криообработки не только мясного сырья, но и сырья биологического происхождения. Известны исследования по криоизмельчению и покомпонентному разделению луковых овощей, кедровых орехов, отделению неферромагнитных примесей при дроблении желатина и др.
Распространение методов криообработки в других пищевых отраслях позволило разработать и ряд новых производных процессов холодильной технологии; криоконцентрирование, криогранулирование, методы СО2-обработки растительного сырья, криосепарирование и др.[7, 15, 14, 16].
Методы СО2-обработки плодоовощного сырья с успехом могут быть использованы в ряде случаев для мясной и рыбной отраслей. Известно уникальное свойство СО2 взрывать клеточные структуры микроорганизмов при резком сбросе давления. На этой основе разработаны процессы гомогенизации и холодной пастеризации плодоовощного сырья [15]. Это же свойство СО2 легло в основу способа измельчения растительного сырья, предложенного фирмой Kohlensäuеrеwеrk Deutschland GmbH (Германия) [17], согласно которому за счет резкого сброса давления углекислоты в напорном резервуаре происходит измельчение продукта без его нагрева и его консервации СО2. Преимуществом способа является отсутствие механического воздействия на продукт, т.е. его аппаратурная реализация.
Особенности пищевого сырья, обработанного в условиях отрицательных температур, обусловили и новый подход к осуществлению многих процессов, необходимых для получения готовой продукции на фаршевой основе: внесения добавок, смешивания, дозирования, формования, прессования и др.
Накопленный опыт научных исследований и опытно-промышленного внедрения технологий криообработки сырья животного происхождения предопределил, в некоторой мере, развитие этого направления и в рыбной промышленности. Гидробионты, главным образом, рыбное сырье,— наиболее близки к сырью животного происхождения по своим физико-механическим свойствам и закономерностям их изменения от различных параметров и факторов, что отмечалось многими исследователями.
В 70-80-х годах XX века в рыбной промышленности России (тогда СССР) сложилась новая экономическая ситуация, связанная с введением промысловых зон прибрежными государствами и необходимостью отечественным океаническим рыбодобывающим флотом перехода в новые глубоководные районы промысла. В объеме океанического вылова Россией стали преобладать массовые виды рыб, общая характеристика которых обозначена как рыбы пониженной товарной ценности. Это некоторые виды мелких рыб, а также минтай, путассу, треска Эсмарка, макрурусы, хек, ставрида, мерланг, карась, катран, сайда, морской язык, терпуг, окунь, акулы и др. [18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26]. Существующие в то время технологии и выпускаемое серийно технологическое оборудование не позволяли в полной мере использовать их для выпуска высококачественной пищевой продукции из ассортимента перечисленных рыб.
В рамках государственной программы была принята комплексно-целевая программа (КЦП), направленная на разработку и совершенствование способов производства рыбного фарша из мелких рыб и рыб пониженной товарной ценности. Тем самым признано важным и целесообразным привлечь значительные океанические ресурсы для выработки пищевой продукции вместо их использования на кормовые и технические цели.
Принятая тенденция развития отечественной рыбоперерабатывающей промышленности соответствовала тенденции наращивания производства мороженого фарша, начатого в Японии в 1965 г. с объема выпуска 32 тыс. т и составляющего в настоящее время около 400 тыс. т/год [55]. Кроме Японии к основным странам-производителям рыбного фарша относятся Канада, Дания, Исландия, Норвегия, Южная Африка, Великобритания, Польша.
В Советском Союзе основные научные исследования в рамках рассматриваемой КЦП осуществлялись в двух направлениях. Разработкой новых и совершенствованием существующих технологий пищевого рыбного фарша из мелких видов рыб и рыб пониженной товарной ценности занимались практически во всех рыбопромышленных бассейнах страны [19, 22, 24, 28, 29]. Одновременно осуществлялись научные разработки, связанные с получением новых видов пищевой продукции, полуфабрикатов, кулинарии и др. на фаршевой основе [20,30, 31, 32, 33, 35, 36]. Определенное внимание также уделялось подбору соответствующего зарубежного и отечественного технологического оборудования, разработке аппаратурных схем и оборудования, обеспечивающих внедрение новых технологий фарша и продуктов на его основе [20, 22, 31, 37, 38, 39, 40, 55].
В традиционной схеме отечественной технологии рыбного фарша, в основе которой — получение измельченного мяса рыбы механическим способом,— заложены операции грубого измельчения сырья и отделения мяса от костей и кожи прессепарацией и дополнительного (окончательного) измельчения на волчках, куттерах, протирочных машинах и коллоидных мельницах [19, 21, 31, 41]. Сырьем для получения фарша является предварительно разделанная на тушку рыба (без головы, внутренностей, черной пленки, плавательного пузыря). Крупные экземпляры разделывают на полупласт, при этом на переработку может направляться рыба без чешуи с грудными, спинными и брюшными плавниками.
Описанная схема производства рыбного фарша на основе прессепарации сырья нашла свое применение и в других странах, занимающихся подобным производством [27], так как се преимуществом является возможность утилизации отходов от разделки рыбы и получения на фаршевой основе самой разнообразной продукции [32, 42, 43].
Однако, вырабатываемый по такой схеме отечественной промышленностью рыбный фарш имеет невысокие технологические свойства, что ограничивает его использование выпуском формованных фаршевых изделий (котлет, тефтелей, биточков, реализуемых в виде панированных полуфабрикатов, либо обжаренной кулинарии), рыбных колбас, сосисок и хлебцов, а также рыбомучной кулинарии [18].
Традиционные технологии рыбного фарша и готовых изделий в своем большинстве, как отмечалось выше, как правило основаны на применении механических способов измельчения сырья, которые по энергетическим затратам малоэффективны, так как известно [7, 44, 45, 46, 47, 48, 49], что при положительных температурах в процессе измельчения вязкопластичных тел, к которым относится и мышечная ткань рыбы, преимущественная часть энергии расходуется на упругопластические деформации, преодоление внешнего трения и т.д., и лишь некоторая ее часть на совершение полезной работы, связанной с образованием новых поверхностей. Недостатками рассмотренных технологий является также необходимость размораживания блоков рыбы, сопровождающейся потерями тканевой влаги, белков, гидролизом и окислением жиров и другими негативными последствиями, снижающими качество конечного продукта. Часть технологий фарша и продуктов предусматривает повторное замораживание, что также ведет к определенным энергозатратам.
Одним из путей совершенствования технологии фарша и готовых изделий является применение методов холодильной обработки в производственном процессе. Колаковским Э. и др. [50] предложена упрощенная технология рыбного фарша, исключающая операцию предварительного размораживания блоков рыбы. В США и Западной Европе освоено производство рыбных продуктов (порции, рыбные палочки), изготовленных методом распиливания мороженых блоков, что позволяет избежать дополнительного топкого измельчения фарша и необходимости повторного замораживания продуктов [51, 52].
В работе [54] сообщается о разработанном фирмой Atlas A/S (Дания) новом способе приготовления рыбных палочек из измельченного мяса рыбы, заключающемся в его замораживании тонким слоем в горизонтальном барабанном морозильном аппарате Rota-Frenze, пропускании образовавшихся топких чешуек через гранулятор, а полученных гранул — через экструдер под давлением 50… 100 бар, резке сформированных заготовок, имеющих температуру около 255 К, на рыбные палочки заданной длины. Технологические исследования показали, что при разных способах замораживания содержание в мясе рыбы азота летучих оснований не изменилось, однако быстрое замораживание (по сравнению с плиточным аппаратом) обеспечивает мелкокристаллическую структуру льда, что способствует лучшему сохранению функциональных свойств сырья. Экструзия мяса рыбы под давлением приводит к снижению растворимости белка и влагоудерживающей способности, однако вкусовые качества готовой по новому способу продукции превосходили качество традиционно приготовленных рыбных палочек.
Представляется также перспективным применение метода холодного экструдирования (криострудирования), при котором возможна обработка мороженого рыбного фарша путем дозированного внесения необходимых рецептурных и пластифицирующих добавок и наполнителей, красителей; пластификации и перемешивания смеси; ее выдавливания через формующую матрицу и последующей обработки до готовности конечного продукта [34].
Первый опыт внедрения технологии криообработки в рыбной промышленности осуществлен во ВНИРО. Согласно предложенному способу [30], разработан технологический процесс получения тонкоизмельченной рыбной массы из блоков мороженого сырья, схема которого показана на рис. 1.
![Схема технологического процесса получения тонкоизмельченной рыбной массы (ВНИРО)]()
Рис.1. Схема технологического процесса получения тонкоизмельченной рыбной массы (ВНИРО)
Согласно техническим условиям [33], в качестве сырья для приготовления тонкоизмельченной рыбной массы направляют океаническую мороженую разделанную (на тушку, кусочки, потрошенную обезглавленную, спинку) рыбу (ставриду, хек, путассу и др.) с массовым содержанием жира не более 2%.
Предлагаемый технологический процесс заключается в осуществлении грубого измельчения мороженых блоков при температуре 223 К и ниже до размеров стружки порядка 1,5 мм и тонком измельчении стружки при температуре 253…248 К до размеров частиц 300…500 мкм. Весь цикл операций осуществляется в закрытом охлаждаемом помещении на специально разработанных ВНИРО машинах ударного действия и предусматривает при необходимости домораживание рыбной стружки перед тонким измельчением в скороморозильном аппарате (на рис. 1 не показано).
В схеме технологического процесса предусмотрены операции по подготовке полуфабриката к холодильному хранению (прессование, фасование и др.), однако соответствующий подбор (или разработка) оборудования не осуществлялся.
Проведенные исследования показали [30], что с уменьшением размера частиц с 1,5 мм до 300…500 мкм повышается влагоудерживающая способность рыбной массы в среднем на 12%, а липкость — в 1,5 раза. Тонкое измельчение рыбной стружки способствует улучшению вкусовых свойств продукта, при котором костные включения не ощущаются.
Полученная по технологии ВНИРО тонкоизмельченная рыбная масса за счет присутствия частиц кости и кожи обогащена макро- и микроэлементами, увеличивая содержание Са в 6,2 раза, Мn — в 8 paз, Mg — в 1,1 раза [30]. Нежелательное органолептическое восприятие человеком присутствия в продукте костной ткани устраняется соответствующей степенью измельчения и термической обработкой рыбного полуфабриката. При этом, в зависимости от вида рыбного сырья, растворимость белков повышается на 3 0… 16%, а выход готового продукта — на 13%.
Многочисленные отечественные и зарубежные исследования показали, что вещества, входящие в состав рыбной костной ткани, оказывают положительное воздействие на обменные процессы в организме человека, стимулируют обмен белков и углеводов. Комплекс минеральных солей и кальция, содержащихся в костной ткани, положительно влияет на лечение и профилактику кариеса, остеохондроза, рахита.
Продукты, содержащие тонкоизмельченную рыбную костную ткань, рекомендованы для регионов, не благоприятных по радиоактивным нуклеидам. Их введение в рацион питания приводит к уменьшению уровня накопления радиоактивных изотопов (90-стронция) в скелете человека, снижению дозы облучения костного мозга и костной ткани, сокращает риск возникновения злокачественных опухолей, предотвращает метастазирование уже развившихся опухолей и заболеваний кроветворной и костной систем [13].
Благодаря содержащимся в костях стимулирующих углеводов происходит усвоение и превращение кальция и фосфора в опорную ткань. Сиаловая кислота, содержащаяся в рыбной кости, является важнейшим компонентом в формировании биологически активных веществ, обезвреживающих многие микроорганизмы [53].
В отечественной и зарубежной практике кости и препараты из них используются в качестве добавок в пшеничную муку и мясо. В Канаде официально разрешена добавка костной муки в пшеничную. Пищевой костный фосфат, вырабатываемый в Англии, используют для детского питания, его также вводят в муку, сахар и другие сыпучие продукты.
Резюмируя все выше сказанное, можно констатировать, что имеющийся отечественный и зарубежный опыт научных исследований позволяет отнести разработанные методы криообработки сырья биологического происхождения к перспективному направлению исследований в пищевой промышленности.
