СОЗДАНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ПРОДУКТОВ МОДИФИКАЦИИ МОРСКОГО СЫРЬЯ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Предложена параметрическая модель процесса гидролиза-экстрагирования для животного сырья морского происхождения, позволяющая связать параметры управления, состояния, возмущения и наблюдения. Экспериментально подтверждено, что основными влияющими факторами для процесса гидролиза-экстрагирования, оказывающими существенное влияние на состав и функционально-технологические свойства получаемых модификаций из животного сырья морского происхождения, являются продолжительность, гидромодуль, температура, концентрация кислоты (кислотный гидролиз), соотношение фермент-субстрат, размер частиц (ферментативный гидролиз) и кратность обработки (гидротермическая экстракция). Определены рациональные параметры гидролиза-экстрагирования для получения модификаций из нерыбных объектов и отходов их переработки с заданными функционально-технологическими свойствами.

Ключевые слова:
Параметрическая модель, гидролиз-экстрагирование, морское сырье.
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

 

Введение

В Мировом океане сосредоточены громадные ис­точники полноценных животных белков и ценных биологически активных соединений. Рационально использовать эти биоресурсы традиционными техно­логическими методами невозможно, поэтому необ­ходимо разрабатывать и внедрять в промышленность новые эффективные методы обработки сырья мор­ского генеза на основе комплексной безотходной и ресурсосберегающей технологии.

Различные виды двустворчатых моллюсков: гре­бешок приморский, спизула, мактра, мия и другие – представляют собой перспективные объекты для по­лучения разнообразной деликатесной продукции общего и специального назначения. В настоящее время добыча двустворчатых моллюсков сущест­венно возрастает из года в год. Исследования химического состава двустворчатых моллюсков показы­вают целесообразность их употребления в пищу как продуктов с высокой пищевой и биологической    ценностью.

Основные виды продукции, получаемой из них, – сыромороженые полуфабрикаты и пресервы, для из­готовления которых в основном используется мускул-замыкатель или двигательный мускул (нога) [1]. Другие пищевые части моллюска – мантия, мускул-замыкатель (аддуктор), являющиеся источником белков и биологически активных веществ, остаются невостребованными и в основном отправляются в отходы, что является нерациональным, так как, с од­ной стороны, загрязняет окружающую среду, а с другой – ограничивает перспективы использования ценных биологически активных веществ гидробио­нтов в питании человека. Использование данных тканей моллюсков для создания пищевых продуктов нового поколения поможет одновременно решить две проблемы: создание безотходных экологически чистых технологий их переработки и повышение доли полноценных белков и биологически активных веществ в рационе современного человека [2].

Цель исследования – разработка параметриче­ской модели процесса гидролиза-экстрагирования и определение рациональных параметров гидролиза-экстрагирования для получения модификаций из не­рыбных объектов и отходов их переработки с задан­ными функционально-технологическими свойствами.

 

Материалы и методы

В качестве объекта исследования использованы двустворчатые моллюски Дальневосточного региона: гребешок приморский (Patinopecten yessoensis), анадара Броутона (Anadara broughtoni), промысел кото­рых увеличивается с каждым годом.

Мягкие ткани гребешка представлены большим мускулом-замыкателем, мантией и внутренностями, куда относятся печень, жабры и гонады. Мягкие ткани составляют до 36 % массы всего моллюска. Массовая доля съедобных частей – до 22 %. Для анадары мягкие ткани составляют 35,6 % массы всего моллюска. Массовая доля съедобных частей – 23,7 %. В зависимости от размера и массы моллюска мас­совое соотношение мягких тканей меняется, но общие закономерности сохраняются: самый большой орган – двигательный мускул (25–37 % от массы мягких тканей), затем следует мантия (15,7–18,4 % от массы мягких тканей) и мускул-замыкатель (12,7–13,2 % от массы мягких тканей) [3–5].

В пищу у гребешка могут использоваться мускул-замыкатель, мантия и гонады, у анадары – двига­тельный мускул и мантия, но на практике использу­ются только аддуктор и двигательный мускул, а все остальное не находит пищевого применения, то есть от 35 до 50 % съедобных частей моллюсков отправ­ляется в отходы, что является нерациональным.

Гидролизу-экстрагированию подвергались раз­личные мягкие ткани двустворчатых моллюсков, из которых получены кислотные (КГ) и ферментатив­ные (ФГ) гидролизаты и гидротермические экс­тракты (ГТЭ).

Кислотный гидролиз проводили пищевой лимон­ной кислотой. Пищевые части моллюсков измель­чали на волчке. После этого к полученной фаршевой смеси добавляли раствор лимонной кислоты опреде­ленной концентрации и проводили гидролиз в жид­костном термостате, где перемешивали, нагревали до температуры 95–97 °С и выдерживали определенное время при постоянном термостатировании. Жидкую фракцию (собственно гидролизат) отделяли от плот­ного осадка фильтрованием.

Для проведения ферментативного гидролиза ферментный препарат выбрали по оптимальному значению рН для проявления активности, совпадаю­щему с диапазоном растворов коллагенового сырья (рН 7–9). Затем вносили ферментный препарат кол­лагеназа в виде водного раствора в соответствии с характеристикой препарата в концентрации 60 еди­ниц активности на 1 г белка субстрата, обеспечи­вающей максимальный гидролиз. Пищевые части моллюсков измельчали на волчке. После этого к по­лученной фаршевой смеси добавляли воду в соотно­шении 1:2 и ферментный препарат и проводили гид­ролиз в суховоздушном термостате, где перемеши­вали, нагревали до температуры 45–48 °С и выдер­живали определенное время. После окончания гид­ролиза фермент инактивировали путем повышения температуры в термостате до 70–75 °С в течение     10 мин и гидролизат концентрировали путем упаривания. Затем для отделения жидкой фракции (собственно гидролизата) от плотного осадка массу    фильтровали. 

Гидротермическую экстракцию проводили водой при температуре 100 0С в жидкостном термостате способом, аналогичным описанному для кислотного гидролиза.

В ходе гидролиза-экстрагирования контролиро­вали содержание сухих веществ и растворимого белка, а также функционально-технологические свойства (коэффициент поверхностного натяжения, пенообразующая и эмульгирующая способности, стабильность эмульсии) с целью изучения зависимости выбранных показателей от продолжительности процесса.

Содержание сухих веществ определяли методом высушивания навески 10 г при температуре     (102+2) 0С до постоянной массы в сушильном электрическом шкафу СНОЛ-3,5.

Определение общего белка проводили спектро­фотометрически при 650 нм на СФ VSU-2P, измеряя интенсивность окрашивания раствора, полученного при взаимодействии реактива Фолина с щелочными растворами белков.

Пенообразующие свойства полученных модифи­каций оценивали по пенообразующей способности, которая определяется отношением начальной вы­соты столба пены после 1 мин стандартных встряхи­ваний к 18 мл раствора с разной концентрацией су­хих веществ при 21 0С и устойчивостью пены, кото­рая характеризуется высотой столба пены после      10-минутного выдерживания.  

Получение эмульсии проводили методом диспер­гирования с помощью микроизмельчителя тканей РТ-2 при 3000–5000 об/мин. Эмульгирование вели путем постепенного добавления растительного масла по каплям к 18 мл раствора.

Точку инверсии (обращение фаз) определяли по объему добавленного растительного масла. Рассчи­тывали эмульгирующую способность по отношению максимального количества эмульгированного масла к количеству эмульгатора в системе.

 

Результаты и их обсуждение

Структурный анализ процессов гидролиза-экст­рагирования должен проводиться с учетом совокуп­ности параметров, определяющих степень гидролиза субстрата и количество экстрактивных веществ в экстракте, формируя тем самым определенные свой­ства  получаемой модификации, в первую очередь функционально-технологические. Операторная мо­дель процесса гидролиза-экстрагирования, протекающего в пищевом сырье животного сырья мор­ского происхождения, представлена в виде парамет­рической схемы (рис. 1).

Переменные описываемой параметрической мо­дели процесса гидролиза-экстрагирования:

– состояния S1 (на выходе): ωп – выход продукта, %; ωб – содержание белков, %; ωу – содержание уг­леводов, %; σ – коэффициент поверхностного натя­жения, Па*с; пс – пенообразующая способность, %;  эс – эмульгирующая способность, %; аос – антиокисли­тельная способность, мг/атомов О2/мин;

– управления S2 (на входе): ск – концентрация ки­слоты, %; d – размер частиц, мм; t – температура, С0; рН – кислотность, ед.; ГМ – гидромодуль, %; E/S – соотношение фермент/субстрат, %; τ – время, мин;   ко – кратность обработки, ед.;

– наблюдения S4 (снизу): ωв – массовая доля воды, %; ωэ – массовая  доля экстрактивных веществ, %; ао – остаточная активность ферментного препа­рата, ед.; сг – степень гидролиза, %;

– возмущения S3 (сверху): z1 – разнообразие хи­мического состава сырья; z2 – особенности действия гидролизующих агентов и экстрагентов.

Функция оптимальности для параметрической модели процесса гидролиза-экстрагирования нерыб­ных объектов имеет вид: Y (SΣ) = f(S1: ωп,  ωб, ωу, σ, пс, эс, аос) = f (S2: ск, d, t, рН, ГМ, E/S, τ, ко; S3: z1, z2; S4; ωв, ωэ, ао, сг).

Гидролизу-экстрагированию подвергались дву­створчатые моллюски, голотурии и отходы их пере­работки, из которых получены кислотные (КГ) и ферментативные (ФГ) гидролизаты и гидротермиче­ские экстракты (ГТЭ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Параметрическая модель процесса гидролиза-экстрагирования

 

 

 

Экспериментально подтверждено, что основными влияющими факторами для процесса гидролиза-экс­трагирования являются продолжительность, гидромодуль, температура, концентрация кислоты (кислотный гидролиз), соотношение фермент-субстрат, размер частиц (ферментативный гидролиз) и кратность обработки (гидротермическая экстракция). Перечисленные параметры оказывают существенное влияние на состав и функционально-техноло­гические свойства получаемых модификаций.

Проверка адекватности предлагаемой параметрической модели позволила получить параметры достоверности, представленные в табл. 1.

 

 

 

Таблица 1

 

Параметры достоверности  для параметрической модели процесса гидролиза-экстрагирования

 

Параметр

Выход продукта ωп, %

Содержание белков ωб, %

Содержание углеводов

ωу, %

Коэффициент

поверхностного натяжения

σ, Па*с

Пенообразующая способность пс, %

Эмульгирующая способность

эс, %

Стандартное отклонение данных

0,126763

0,10527

0,14091

0,281671

10,4755

3,2986

Среднее ошибки               

–0,006178

0,01206

–0,02672

–0,006124

–0,0154

–0,4109

Стандартное отклонение ошибки  

0,021428

0,17518

0,51138

0,047392

1,6293

2,0171

Среднее

абсолютной ошибки  

0,025660

0,15708

0,39776

0,033775

1,4001

1,6416

Отношение стандартного отклонения

0,229945

0,23105

0,12865

0,153946

0,1446

0,2185

Корреляция

0,975272

0,96603

0,98283

0,97533

0,98070

0,97435

 

 

 

После проведения обработки результатов и отсева незначимых коэффициентов получены уравнения регрессии, адекватно описывающие изменение содержания сухих растворимых веществ и азота в гидролизатах из двустворчатых моллюсков в ходе процесса гидролиза при различных условиях (табл. 2).

Данные регрессивные уравнения позволили опре­делить рациональную концентрацию кислоты и про­должительность гидролиза, при которых в гидроли­затах обеспечивается максимальное содержание азота: концентрация кислоты 2–6 %, время процесса 4–8 ч.

 

 

Таблица 2

 

Уравнения регрессии, описывающие зависимость содержания сухих веществ

и азота в гидролизатах от концентрации лимонной кислоты и времени

 

Гидролизат

Уравнение регрессии

Коэффициент

аппроксимации

Из мантии

анадары

Y1 = 0,5487 Х1 + 2,0243Х2 0,0097Х12 + 0,0037Х1Х2 – 0,0512Х22 – 9,3865

R2 = 0,84

Z1 = 0,0232Х1 + 0,051Х2 – 0,0006Х12 – 0,0001Х1Х2 – 0,0015Х22 + 0,3694

R2 = 0,89

Из мускула

анадары

Y2 = 0,3014Х1 + 3,1512Х2 – 0,0091Х12 + 0,004Х1Х2 – 0,0451Х22 – 5,097

R2 = 0,85

Z2 = 0,0404Х1 + 0,052Х2 – 0,0002Х12 0,0006Х1Х2 – 0,0211Х22 + 0,3159

R2 = 0,82

Из гонад

гребешка

Y3 = 1,4992Х1 + 0,4473Х2 – 0,0317Х12 + 0,0135Х1Х2 – 0,0067Х22 – 3,4566

R2 = 0,83

Z3 = 0,0139Х1 + 0,1291Х2 – 0,0002Х12 – 0,0001Х1Х2 – 0,0032Х22 + 0,0334

R2 = 0,85

Из мантии

гребешка

Y4 = 0,7176Х1 + 0,8643Х2 – 0,0136Х12 + 0,0053Х1Х2 – 0,0198Х22 – 3,4449

R2 = 0,86

Z4 = 0,0316Х1 + 0,0853Х2 – 0,0003Х12 – 0,0008Х1Х2 – 0,0022Х22 – 0,0316

R2 = 0,86

Примечание. Y (%) – содержание сухих веществ в гидролизате; Z (%) – содержание азота в гидролизате; Х1 (ч) – продолжительность гидролиза; Х2 (%) – концентрация кислоты.

 

 

 

На следующем этапе были изучены пенообра­зующие и эмульгирующие свойства гидролизатов
с минимальным коэффициентом поверхностной ак­тивности. Полученные данные представлены в табл. 3.

 

 

 

Таблица 3

 

Функционально-технологические свойства гидролизатов из животных нерыбных объектов

 

Объект

Пенообразующая способность, %

Устойчивость пены, %

Эмульгирующая способность, см3 масла

Стойкость эмульсии, % неразрушенной эмульсии

Кислотные гидролизаты

Из мантии анадары

470+23

95,9+4,7

3,11+0,15

45,8+2,2

Из мантии гребешка

490+24

93,9+4,6

2,67+0,13

44,9+2,1

Из гонад гребешка

520+26

96,2+4,7

3,06+0,15

49,3+2,4

Из мускула анадары

550+27

96,2+4,8

3,17+0,15

55,1+2,7

Ферментативные гидролизаты

Из мантии анадары

430+21,0

93,0+4,6

2,94+0,14

53,5+2,6

Из мантии гребешка

460+23,0

97,8+4,8

2,51+0,12

54,2+2,7

Из гонад гребешка

500+25,0

96,0+4,7

3,12+0,15

52,5+2,6

Из мускула анадары

510+25,0

98,0+4,9

3,04+0,15

54,8+2,7

 

 

 

В результате проведения серии различных двух­факторных экспериментов установлено, что для по­лучения модификаций из нерыбных объектов, обла­дающих максимальными функционально-технологи­ческими свойствами, рациональными условиями яв­ляются:

1) кислотные гидролизаты: гидромодуль 1:1–2; температура 90–100 0С; продолжительность 4–8 ч; концентрация лимонной кислоты 6–8 %;

2) ферментативные гидролизаты: гидромодуль 1:1–1,5; температура 45 0С; продолжительность 2–8 ч; размер частиц 3–7 мм; активность ферментного препарата 2,5–3,0 ПЕ/г сырья;

3) гидротермические экстракты: гидромодуль 1:1; температура 90–100 0С; продолжительность            60–180 мин; размер частиц 5–10 мм; кратность обработки 3–5 раз.

Полученные из частей двустворчатых моллюсков были использованы в качестве структурообразую­щих компонентов в технологии получения масложи­рового эмульсионного продукта – соуса майонез­ного. В качестве дополнительного эмульгатора ис­пользовалась обезжиренная соевая мука в количестве 3 %. Исследования показали, что гидролизаты и гид­ротермические экстракты из нерыбных объектов об­ладают функционально-технологическими свойст­вами, обеспечивающими создание эмульсии, и одно­временно вносят в рецептуру продукта биологически активные вещества гидробионтов. Полученный эмульсионный продукт имел среднюю калорийность, повышенную пищевую и биологическую ценность, но в то же время по органолептическим характери­стикам не отличался от традиционного.

Использование в технологии масложировых эмульсионных продуктов биологически активных веществ морской природы, в частности двустворча­тых моллюсков, является перспективным направле­нием, позволяющим получать новые пищевые про­дукты, обладающие различными лечебно-профилак­тическими свойствами, и одновременно создавать малоотходные технологии переработки двуствор-чатых моллюсков Дальневосточного региона.

 


 

 

Список литературы

1. Щенникова, Н.В. Технология кулинарной продукции из нерыбного сырья водного происхождения / Н.В. Щен-никова, И.В. Кизеветер. - М.: Пищепромиздат, 1979. - 166 с.

2. Табакаева, О.В. Кислотные гидролизаты из отходов переработки двустворчатых моллюсков Дальневосточного региона // Техника и технология пищевых производств. - 2009. - № 2. - С. 27-30.

3. Дацун, В.М. Вторичные ресурсы рыбной промышленности. - М.: Колос, 1992. - 97 с.

4. Зюзьгина, А.А. Технохимическая и биохимическая характеристика двустворчатого моллюска Anadara broughtoni // Комплексные исследования и переработка морских и пресноводных гидробионтов. - Владивосток: ТИНРО-центр, 2003. - С. 128-130.

5. Киселев, В.В. Технохимическая характеристика некоторых видов двустворчатых моллюсков / В.В. Киселев, Н.М. Купина, Н.Т. Поваляева // XXI век - перспективы развития рыбохозяйственной науки: материалы Всероссийской интернет-конференции молодых ученых. - Владивосток: ТИНРО-центр, 2002. - С. 155-162.


Войти или Создать
* Забыли пароль?