ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Добробабіна Любов Борисівна

УДК 664.951.6:639.38/.6

НАУКОВІ ОСНОВИ КОМПЛЕКСУ ТЕХНОЛОГІЙ
ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ З ГІДРОБІОНТІВ

Спеціальність 05.18.16 – технологія продуктів харчування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Одеса – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській національній академії харчових технологій

Міністерства освіти і науки України

Науковий

консультант: | доктор технічних наук, професор,

Безусов Анатолій Тимофійович,

Одеська національна академія харчових технологій,
кафедра технології консервування,

завідувач кафедри

Офіційні

опоненти: | доктор технічних наук, професор,

лауреат Державної премії України,

заслужений діяч науки і техніки України

Віннікова Людмила Григорівна,

Одеська національна академія харчових технологій,

кафедра м’яса та м’ясних продуктів,

завідувач кафедри

доктор технічних наук, професор

Орлова Наталія Язепівна,

Київський національний торгівельно-економічний університет, кафедра товарознавства та експертизи харчових продуктів, професор кафедри

доктор технічних наук, старший науковий співробітник,

Лебська Тетяна Костянтинівна

Національний аграрний університет,

кафедра технології переробки продукції тваринництва та рибництва, головний науковий співробітник

Захист відбудеться 29 травня 2008 р. о 10 30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.088.02 Одеської національної академії харчових технологій за адресою: вул. Канатна, 112, м. Одеса, 65039.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської національної академії харчових технологій за адресою: вул. Канатна, 112, м. Одеса, 65039.

Автореферат розісланий 25 квітня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

д.т.н., професор Г.М. Станкевич

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Продукти з гідробіонтів (ГБ) відносяться до переліку стратегічно важливих продуктів харчування й повинні обов'язково входити в повноцінний білковий раціон людини. Споживання продуктів з гідробіонтів в Україні становить усього лише від двох до п’яти кілограмів на людину в рік. Основною сировинною базою для українських рибопереробних підприємств служить заморожена імпортована риба. В останні роки спостерігалася тенденція росту вилову риби й морепродуктів у континентальному шельфі і внутрішніх водоймах України. Однак вилов із внутрішніх водойм становить усього 40,2а основна маса видобутку припадає на Чорне й Азовське море. Зменшення вилову традиційної сировини призвело до зниження обсягів виробництва рибних консервів і пресервів. Розширити асортимент продукції, що виробляється, і створити рибні продукти нового рівня якості можна за рахунок освоєння маловивчених сировинних ресурсів, раціонального використання сировини, дозованої теплової обробки.

Актуальність теми. Із усього спектру технологій харчових рибних продуктів виробництво консервованої теплом продукції є найбільш універсальним і надійним способом переробки ГБ, займає близько 40загального обсягу ринку й спрямоване на поліпшення якості готового продукту шляхом підвищення харчової цінності, органолептичних і мікробіологічних показників. Консервовані гідробіонти, що пройшли попередню теплову обробку (ПТО), у значній мірі зазнають змін і можуть набути канцерогенних та мутагенних властивостей. ПТО, як і стерилізація консервів з риби, що повинна забезпечити доведення до кулінарної готовності кісткової тканини риби, вимагає значного теплового впливу. У зв'язку з цим перспективною є заміна традиційної теплової обробки напівфабрикату на новий енергозберігаючий спосіб обробки, що забезпечує збереження компонентів сировини від руйнування.

Роль ПТО спрямована на зниження вологовмісту й підвищення харчової цінності готової продукції. Регулювання вологовмісту м'язевих тканин, що зв'язують вологу, може бути здійснене за допомогою доступних, традиційних і регламентованих нормативною документацією (НД) модифікантів, що викликають структурні зміни білків. Спрямоване регулювання вологоутримуючої здатності, її зниження можливе за рахунок створення рН середовища ізоелектричної точки білків (ІЕТ) м’язевої тканини кислотами як мінеральними, так і органічними, в тому числі й мікробіологічного походження. Продукти метаболізму мікроорганізмів, природних компонентів мікроекології організму людини, поряд з виконанням технологічних функцій регулювання вологовмісту й стимулювання процесу автолізу в м’язевій тканині, збагачують готову продукцію біологічно активними речовинами (БАР).

Великий внесок у розробку наукових основ технологій продуктів з ГБ, а також процесів теплової стерилізації і підвищення харчової та біологічної цінності продукції внесли вітчизняні й закордонні вчені: Артюхова С.А., Бабарін В.П., Безусов А.Т., Віннікова Л.Г., Капрельянц Л.В., Леванідов І.П., Пилипенко Л.М., Рогачов В.І., Сафронова Т.М., Серпуніна Л.Т., Слуцька Т.М., Флауменбаум Б.Л., Черно Н.К., Шендерюк В.І., Bigelow W.D., Ball C.O., Meyer K.F., Сикорский З., Stambo C.R., Таnаkа N., Hersom A.C., Hulland E.D., Esty Y.R. та ін. Однак досліджень, які ставили б за мету забезпечення високої біологічної цінності продуктів із гідробіонтів, з високими органолептичними показниками й істотним зниженням теплового впливу, як при попередній обробці, так і при стерилізації, в літературі не виявлено.

У сучасних умовах для забезпечення високої якості консервів і їх конкурентоспроможності на ринку виникла необхідність удосконалення процесу стерилізації, застосування режимів щадного теплового консервування, які забезпечують одержання консервів підвищеної якості, харчової і в тому числі біологічної цінності, з високими органолептичними показниками, та безумовну мікробіологічну безпеку і стабільність при зберіганні.

Удосконалення процесу теплової стерилізації дозволило розробити новий спосіб стерилізації – термостабілізацію, що являє собою ряд заходів, спрямованих на весь технологічний процес консервування. Впровадження цього способу стерилізації вимагає наукового обґрунтування параметрів процесу.

Використання біохімічних і електрофізичних способів, прийомів, науково обґрунтованого підходу до рішення проблеми збереження біологічної цінності ГБ шляхом щадної теплової обробки і збагачення готової продукції БАР визначають актуальність роботи, як комплексу теоретичних положень і практичної реалізації конкретних технологій.

Для вирішення поставлених завдань використано системний аналіз факторів, які найбільшою мірою сприяють збереженню БАР ГБ та їх стабілізацію, передбачену конкретними технологіями.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота відповідає тематиці досліджень проблемної науково-дослідної лабораторії (ПНДЛ) Одеської національної академії харчових технологій (ОНАХТ) “Біологічні основи створення біологічно активних добавок і продуктів з регульованими властивостями” № 1/03-П (держреєстрація № 0103U003431), держбюджетній тематиці кафедри технології консервування ОНАХТ “Нові технології зберігання та переробки фруктоовочевої та рибної сировини в консервовані продукти”, а також науково-дослідних робіт “Визначити параметри теплової обробки консервів з гідробіонтів у скляній тарі” (2003-2006 р.р.) і була спрямована на виробництво високоякісних рибних консервів і пресервів.

Мета й завдання дослідження. Метою роботи є розробка наукових і практичних основ використання біотехнологічних і щадних теплофізичних процесів у виробництві широкого асортименту рибних продуктів підвищеної біологічної цінності.

Для досягнення поставленої мети визначені основні завдання дослідження:–  

провести аналіз впливу ендо- і екзогенних факторів на мікробіологічні показники якості рибної сировини й напівфабрикатів у існуючих технологіях і визначити основні напрямки зниження мікрообсіменіння;–  

розробити спосіб попереднього спрямованого кислотного регулювання вмісту вологи у м'язевій тканини риби в якості попередньої обробки при виробництві стерилізованих консервів; –  

обґрунтувати доцільність використання процесу ферментування рибної сировини овочевими екстрактами з молочнокислими бактеріями роду Lactobacillus у технологіях рибних продуктів;–  

удосконалити традиційну технологію виробництва пресервів шляхом біостимуляції процесу дозрівання культурами молочнокислих бактерій;–  

дослідити можливість ферментолізу м'язевої тканини риби комплексом ферментних препаратів із протеолітичною активністю з ферментовмісних органів риби і розробити маловідходну технологію фаршевих консервів;–  

на основі дослідження біохімічного складу нового об'єкта аквакультури - піленгаса обґрунтувати можливість використання його для виготовлення ряду високоякісних консервів;–  

розробити й науково обґрунтувати параметри традиційної стерилізації і заснованої на принципах термостабілізації з відповідною термодинамічною моделлю процесу, аналізом швидкості проникнення тепла вглиб консервованного продукту;–  

надати аналіз особливостей впливу традиційної та щадної теплової обробки на якість і харчову цінність готової продукції;–  

розробити нормативну документацію на нові види продукції й параметри їх стерилізації, визначити ефективність запропонованих технологій в умовах виробництва.

Об'єктом дослідження є технології виробництва пресервів і консервів з гідробіонтів, послідовність і параметри операцій і процесів переробки, фізико-хімічні особливості сировини, допоміжних матеріалів і готової продукції, біологічні особливості мікроорганізмів.

Предмет дослідження – біохімічний склад і властивості нових об'єктів промислу, розробка технологій і асортиментів пресервів і консервів підвищеної харчової й біологічної цінності.

Методи досліджень – загальноприйняті, спеціальні фізико-хімічні, біохімічні, органолептичні, мікробіологічні, теплофізичні, експериментально-статистичні, аналітичні з використанням сучасного устаткування й комп'ютерних технологій.

Наукова новизна отриманих результатів:

– сформульована концепція переробки гідробіонтів з використанням біотехнологічних та теплофізичних прийомів і методологія створення продуктів підвищеної біологічної цінності на їх основі;

– вперше встановлено ефект регульованого зневоднення м’язевої тканини та розм’якшення кісткової тканини риби під впливом кислотної обробки, отримано кінетичні константи процесу;–  

вперше при одержанні пресервів і консервів використано процес лактоферментування, встановлено закономірності впливу процесу ферментування овочевими екстрактами на активну кислотність, вологоутримуючу здатність м'язевої тканини риби в присутності овочевих екстрактів; –  

удосконалено технологію рибних консервів за рахунок попереднього кислотного зневоднювання сировини перед стерилізацією модифікантами хімічного й біологічного походження;–  

вперше встановлено закономірності дії комплексу пептидгідролаз, виділених з ферментовмісних органів гідробіонтів як основи для маловідходної технології харчового рибного фаршу і консервів з нього;–  

теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість виготовлення консервів з нового об’єкта аквакультури – піленгаса, акліматизованого в лиманах Одеської області;–  

науково обґрунтовано структуру технологічних процесів і параметрів обробки в удосконалених технологіях пресервів і консервів;–  

вперше показано, що використання способу дробової стерилізації, заснованої на принципах термостабілізації, призводить до підвищення харчової й біологічної цінності готової продукції, науково обґрунтовано режими термостабілізації і традиційної стерилізації.

Практичне значення отриманих результатів. Основні результати роботи знайшли практичне застосування в промисловості, науково-дослідних лабораторіях, учбовому процесі.

На підставі наукових досліджень отримано експериментальний матеріал, що дозволив запропонувати:–  

концентрований ферментний препарат комплексу пептидгідролаз (КПГ) з ферментовмісних органів дрібних видів риби;–  

фаршевий напівфабрикат з некондиційної риби, отримано шляхом ферментолізу КПГ;–  

пресерви «Здоров'я» з БАР овочевої сировини та молочнокислих бактерій роду Lactobacillus;–  

термостабілізовані напівконсерви «М'ясо крилю натуральне»; –  

натуральні консерви з нового об’єкта аквакультури піленгаса – «Піленгас натуральний (філе)», «Юшка «Чорноморська», «Піленгас з морською капустою в бульйоні «Одеса», «Філе піленгаса з морською капустою в желе»;–  

консерви з попереднім кислотно-механічним зневоднюванням «Піленгас в томатному соусі «Південний», «Хек в томатному соусі «Південний», «Кілька в томатному соусі «Південна»;–  

термостабілізовані консерви з риби, ферментованої екстрактами з молочнокислими бактеріями роду Lactobacillus «Піленгас «Пікантний» в томатному соусі», «Ставрида «Пікантна» в томатному соусі», «Кілька «Пікантна» в томатному соусі».

На основні розробки підготовлено і затверджено нормативну документацію, отримано висновки санітарно-епідеміологічної експертизи на виробництво консервів «Консерви. Риба «Пікантна» в томатному соусі» (ТУ У 15.2-26303655-002:2007), «Консерви. Риба в томатному соусі «Південна» (ТУ У 15.2-2603655-001:2006), «Консерви. Філе піленгаса з морською капустою в желе» (

ТУ У 15.2-24759439-029-2007 на дослідну партію)

.

Розроблено та затверджено повний пакет документації на науково обґрунтовані параметри стерилізації консервів «Піленгас натуральний (філе)», «Піленгас в томатному соусі «Південний»; параметри дробової стерилізації на принципах термостабілізації напівконсервів «М'ясо крилю натуральне», консервів «Філе піленгаса з морською капустою в желе», «Піленгас «Пікантний» в томатному соусі».

Розроблені рецептури і технології було апробовано у виробничих умовах на Білгород-Дністровському рибопереробному підприємстві ТОВ «Істок», рибоконсервному комбінаті «Новий» АРК, м. Севастополь.

Основні рекомендації і висновки, що містяться в дисертації, впроваджено в навчальний процес при викладанні дисциплін «Фізико-хімічні основи переробки гідробіонтів», «Технологія продуктів із сировини водного походження», дослідженнях магістрів, у курсовому та дипломному проектуванні.

Особистий внесок здобувача. Автором розроблені наукові основи отримання продуктів з ГБ з підвищеною харчовою цінністю і високими органолептичними показниками за рахунок зниження теплового впливу під час виробництва та збагачення БАР рослинного та біологічного походження, забезпечено методичне оформлення, аналіз і узагальнення отриманих результатів. Здобувачем проведена аналітична та експериментальна робота, сформульовано висновки і рекомендації, підготовлено матеріали досліджень до публікації, оформлено заявки на патенти, розроблено нормативну документацію, проведено промислову апробацію і впроваджено розроблені технології. Особистий внесок здобувача підтверджується представленими документами і науковими публікаціями.

Ряд досліджень було проведено спільно з аспірантами Абубакаром Сангаре, Новіковою Т.М., Кушніренко Н.М., Горшуновим М.С. та іншими співробітниками, заявленими в публікаціях, під керівництвом наукового консультанта, д.т.н., професора Безусова А.Т.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися на Всесоюзній галузевій науково-технічній конференції «Состояние и перспективы работ по улучшению качества и расширению ассортимента рыбных консервов, созданию средств механизации» (Калінінград, 1986), Республіканській науковій конференції «Пути коренного улучшения продовольственного обеспечения в новых условиях хозяйствования» (Суми, 1990), конференції «Разработка комбинированных продуктов питания (медико-биологические аспекты, технология, аппаратурное оформление, оптимизация)» (Кемерово, 1991), Всесоюзній конференції «Химические превращения пищевых полимеров» (Світлогорськ, Росія, 1991), 52-ій науковій конференції, присвяченій 90-річчю ОТІХП імені М.В. Ломоносова (Одеса, 1992), Міжнародній науково-технічній конференції «Розробка та впровадження нових технологій і обладнання в харчову та переробні галузі АПК» (Київ, 1993), Міжнародній науково-техничній конференції «Пища, экология, человек» (Москва, 1995), Міжнародній конференції «Экология человека и проблемы воспитания молодых учёных» (Одеса, 1997), 1V Міжнародній науково-технічній конференції «Техника и технология пищевых производств» (Могильов, Бєларусь, 2003), ІV Міжнародній науково-технічній конференції «Производство рыбных продуктов: проблемы, новые технологии, качество» (Калінінград, 2003), на науковій конференції молодих учених, аспірантів, студентів «Розроблення, дослідження, створення продуктів функціонального харчування, обладнання і нових технологій для харчової та переробної промисловості" (Київ, 2003), ІІ Міжнародній науково-практичній конференції «Харчові технології-2006» (Одеса, 2006), Х Міжнародній науково-практичній конференції «Екологія. Людина. Суспільство» (Київ, 2007), де було отримано Диплом за високий рівень роботи, а також на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу ОНАХТ (Одеса, 1998-2007).

Публікації. За результатами дисертації опубліковано 51 наукова робота, зокрема одна монографія, 20 публікацій у фахових виданнях, 5 у наукових журналах, тези 20 доповідей на наукових конференціях, отримано 5 деклараційних патентів України.

Структура дисертації. Перша частина дисертаційної роботи складається із вступу, 6 основних розділів, загальних висновків, списку літературних джерел з 445 найменувань (42 стор.). Роботу викладено на 319 сторінках, вона містить 66 таблиць (28 стор.), 86 рисунків (46 стор.) Друга частина дисертаційної роботи містить 12 додатків, у яких наведено результати математичної обробки проведених досліджень, акти виробничих іспитів, нормативну документацію на розроблені технології і продукти, режими стерилізації і термостабілізації та інші документи, що підтверджують практичне використання результатів досліджень.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і завдання дослідження, викладено наукову новизну і практичне значення результатів, відображено результати промислової апробації, відзначено особистий внесок здобувача, структуру та обсяг роботи.

У першому розділі «Наукові проблеми і тенденції розвитку виробництва консервованої продукції з гідробіонтів» на основі аналітичного огляду літератури зроблений висновок про те, що унікальна біологічна цінність рибної сировини зазнає значних втрат під час обробки за існуючими традиційними технологіями. Технологічні схеми виробництва рибних продуктів не дозволяють отримувати продукцію високого ступеня збереження компонентів сировини і вимагають удосконалення. Крім того, попередня теплова обробка шляхом бланшування, обжарювання, або коптіння додає напівфабрикатам канцерогенних та мутагенних властивостей. Напрямками виправлення суттєвих вад технологічного впливу може стати використання сучасних енергозберігаючих електрофізичних, хімічних і біотехнологічних способів обробки та щадної теплової стерилізації.

Підвищенню харчової цінності пресервів і консервів сприяє додавання до рецептур джерел природних БАР макрофітів та овочевої сировини, продуктів метаболізму молочнокислих бактерій, які є антагоністами гнилісній мікрофлорі і природною мікрофлорою у пресервах. Особливий інтерес викликає можливість використання цих симбіотичних до ГБ мікроорганізмів для регулювання вологовмісту та активної кислотності сировини як запоруки стабілізації мікробіологічних показників якості готової продукції.

Використання нових об’єктів іхтіофауни й акліматизації є найбільш ефективним методом інтенсифікації сучасного рибного господарства та створення харчових продуктів з регульованим складом за ресурсозберігаючими технологіями.

Виробництво консервованої продукції шляхом теплової стерилізації є, як і раніше, актуальним і найнадійнішим. Однак застосовувані при цьому жорсткі режими стерилізації найчастіше призводять до глибокої теплової деструкції компонентів консервів, що веде до погіршення органолептичних показників, гістологічної структури, зниженню перетравлюваності білків, харчової й біологічної цінності, зміни співвідношення твердої й рідкої частин. Одним з можливих шляхів зниження теплового впливу на продукт може стати застосування сучасних щадних способів стерилізації. До таких можна віднести найбільш перспективний і доступний – стерилізацію на принципах термостабілізації.

Наведений у першому розділі аналітичний огляд вказує на необхідність розробки наукових основ технологій харчових продуктів з ГБ, які базуються на принципах ресурсо- і енергозбереження, нешкідливості та екологічної чистоти, підвищенні харчової цінності і органолептичних показників готової продукції, адекватних традиціям і національним особливостям харчування.

У другому розділі «Розробка програми, вибір об’єктів і методів дослідження» відображено методологічні аспекти дисертаційної роботи, наведено програму дослідження (рис. ), послідовність їх вирішення і взаємодію етапів дослідження.

Перерахований перелік сировини, матеріалів, методик, експериментальних установок, які дозволяють визначити показники та якість сировини, напівфабрикатів, біооб’єктів, пресервів та консервів. Наведені хімічні, біохімічні, фізичні, мікробіологічні, гістологічні і статистичні методи досліджень; схеми експериментальних стендів для отримання теплофізичних характеристик процесу стерилізації, впливу електромагнітної обробки на виживання мікроорганізмів, зневоднення рибної сировини і термовимірюючих засобів.

Вперше запропоновані оригінальні методики вивчення антагоністичного впливу молочнокислих бактерій на збудників специфічного псування консервів, дослідження мікроструктури кісткової тканини риби, визначення твердості кісткової тканини риби.

Вірогідність експериментальних даних оцінювали методами математичної статистики за допомогою комп'ютерних програм Mathcad 2001 Professional, Microsoft Excel при довірчій імовірності 95 %.

У третьому розділі «Наукове обґрунтування технології термостабілізованих рибних консервів» викладено результати теоретичних і експериментальних досліджень факторів, що впливають на параметри теплової обробки консервів. Теоретичні основи зниження жорсткості режимів стерилізації на принципах термостабілізації рибних консервів зводяться до усунення або зниження факторів, що спричиняють підвищення їх фактичної летальності вище мінімально необхідної, гарантуючи доброякісність продукції при повній інактивації спор патогенних бактерій C. botulinum, що обумовлюють фактор ризику при вживанні консервів.

Якщо розглядати тривалість процесу теплової стерилізації (фстер) як багатофункційну залежність, яку можна виразити в загальному вигляді рівнянням:

фстер = f (фсм, фпр), (1)

де фсм – смертельний час;

фпр – час досягнення температури стерилізації в зоні пакування, що найменш прогрівається, а продукт, що закупорений у герметичну тару, як ізольовану систему, то всі вектори, що впливають на фстер, можна розділити на фактори екзогенного й ендогенного впливу в відповідності зі схемою (рис. 2).

Аналіз можливих впливів на продукт у процесі теплової стерилізації дозволив концептуально виділити напрямки мікробіологічної стабілізації консервів (рис.3).

Моніторинг, проведений на ряді підприємств півдня України, дозволив виявити деякі закономірності формування мікробіологічних показників якості рибних напівфабрикатів. На мікробіологічні показники впливає ряд факторів: сезон лову, стан сировини, попередня обробка. Віддавати перевагу необхідно сировині весняного лову, свіжому або охолодженому і, звичайно, разбираному, якщо НД передбачена попередня обробка.

У більшості випадків показники мікробіологічного обсіменіння значно перевищують ті, що використовують при розрахунках нормативної летальності середнього обсіменіння спорами факультативних анаеробів до стерилізації.

Було встановлено, що перевищення мікробіологічних показників можливо за наступними чинниками: порушення вимог вхідного контролю до вхідної сировини та матеріалів; порушення параметрів технологічних операцій підготовки напівфабрикатів (температура, тривалість); недотримання санітарного режиму протягом усього виробничого циклу виробництва продукції до теплової стерилізації, або охолодження.

Якість вхідної сировини є домінуючим фактором, що визначає якість готового продукту при добре організованій санітарно-гігієнічній дисципліні виробництва. В цьому разі рівень бактеріального забруднення готового продукту не повинен перевищувати показників вхідної сировини.

Можливість забруднення рибної продукції мікроорганізмами з боку обслуговуючого персоналу та рибооброблюючого обладнання залежить від стану гігієни виробництва. Вибіркові аналізи санітарного стану обладнання консервних цехів регіону показали, що в багатьох випадках ці показники значно перевищують нормативи, особливо це стосується обладнання прикінцевих операцій. Так, ролики закупорювальних машин містили до 5000 кл/см2, а автоклавні сітки до 1000 кл/см2.

Підвищити мікробіологічні показники якості вхідної сировини й напівфабрикатів можна при усуненні фактора ризику мікробіологічного псування за рахунок жорсткості санітарної обробки з використанням дезинфікуючих препаратів нового покоління й диференційного підходу до підготовки сировини до консервування.

Встановлено ефективний вплив сучасних електрофізичних способів обробки на спонтанну мікрофлору сировини і допоміжних матеріалів. Константа d, що характеризує виживання мікроорганізмів, показує, що протягом 7 хвилин можливо знизити початкове обсіменіння допоміжних матеріалів на 90 % при використанні мікрохвильової енергії (МХЕ), однак цей процес відстає від процесу відмирання спор C. sporogеnes при стерилізації при еталонній температурі (рис. ). Дія електромагнітних полів (ЕМП) наднизьких частот частотою 750 Гц при індукції 60 мТл на 2 порядки знижує обсіменіння риби.

Встановлено, що хлороводнева кислота з масовою часткою 0,1 %, як сильний електроліт, іонна сила якого зростає за ступенем розведення, робить на мікроорганізми дію, аналогічну тепловій денатурації, перешкоджає повторній контамінації.

Експериментально встановлено, що молочнокислі бактерії роду Lactobacillus, що культивуються на подрібнених овочах, їх екстрактах і соках, здатні накопичувати до 3,3 г/100 молочної кислоти біологічного походження й знижувати рН м'язевої тканини з 7,0…7,2 до 5,3…3,9. Визначено характер антимутуалістичних взаємин молочнокислих бактерій L. plantarum АН 11/16, отриманих шляхом відновлення фармакологічного препарату «лактобактерин», і L. acidophilus 317/402 із серії ер-2 зі збудником специфічного псування рибних консервів C. sporogenes, штам 25. При інокулюванні середовища суспензією спор C. sporogenes, спостерігалося сильне пригнічення росту клостридій завдяки молочній кислоті та антибіотикам, що утворилися внаслідок метаболізму молочнокислих бактерій.

Показано, що зниження вмісту вологи і масоперенос у м'язевій тканині, як у вологому колоїдному тілі з широко розвинутою капілярно-пористою структурою, в значній мірі залежить від вихідної вологості.

З метою встановлення впливу диференційного підходу до розбирання сировини на тривалість процесу стерилізації розкрито механізм структурно-механічних і біохімічних змін кісткової тканини риби, що відбуваються при тепловій обробці, і запропоновано математичний апарат оцінки деструкції білково-мінерального комплексу кістки.

Вивчено динаміку екстракції КПГ із ферментовмісних органів риби, розроблено умови концентрування ферменту комплексоутворенням з високометоксильованим пектином. Мікробіологічні показники якості отриманого препарату склали до 1105 КУО/г. Визначена швидкість ферментної реакції білків м'язевої тканини риби і її температурний оптимум – 40…50 С – для піленгаса і 60 С – для шпрота чорноморського.

Представлено математичну модель інактивації специфічної мікрофлори в консервах при стерилізації, за допомогою якої можна аналізувати, коректувати й прогнозувати характер прогріву вмісту банки таким чином, щоб фактична летальність наближалася до нормативної відповідно до рівняння L Fн, за умови виключення ступеня ризику розвитку C. botulinum.

Аналіз, систематизація, а також математична обробка великого банку даних констант виживання тест-культури C. sporogenes у різних видах консервів дозволили встановити, що, з урахуванням зниження термостійкості спор мікроорганізмів при міжварочній «термопаузі» на 30 і 40 %, можна використовувати наступні перетворені формули для розрахунку відповідної нормативної летальності (F'н.д., F''н.д) при новому способі дробової стерилізації на принципах термостабілізації:

; (2)

. (3)

де D – константа термостійкості тест-культури при tе = 121,1 хв.

Застосування цих формул дозволило значно спростити процедуру наукового обґрунтування режимів термостабілізації, тому що для розрахунку Fн.д. необхідна лише константа виживання тест-культури при еталонній температурі для певної групи консервів, які наведені у відповідній літературі.

У четвертому розділі «Обґрунтування технології рибних консервів з кислотною обробкою сировини перед консервуванням» показано, що хімічні модифіканти, в тому числі хлороводнева кислота в ІЕТ при рН ,1...5,6, викликають структурні зміни білків м’язевої тканини, що ведуть до зменшення ВУЗ і збільшення вологовіддачі. Такий механізм впливу на показник вмісту вологи був використаний для спрямованого регулювання його в процесі технологічної переробки (табл. ).

Таблиця 1

Зміна ВУЗ та зменшення маси різних об’єктів після кислотної обробки

Досліджуваний
зразок риби | ВУЗ, % | Дm, %

контроль | оброблений HCl
СHCl = 0,1 % | оброблений HCl
СHCl = 0,1 %

Шпрот чорноморський

охолоджений | 64,2...68,1 | 58,5...59,8 | 15,5...18,5

Шпрот чорноморський

морожений | 61,2... 64,5 | 54,8...55,3 | 18,4...22,7

Піленгас охолоджений | 77,5...83,5 | 60,3...61,6 | 22,6...25,3

Піленгас морожений | 67,0...68,8 | 53,6...55,2 | 26,2...27,8

Хек сріблястий морожений | 54,8...56,3 | 41,4...42,7 | 23,6...24,4

Дm – масова частка зменшення вологи, %

Математичне планування та обробка експериментальних даних дозволили отримати відповідні рівняння регресії та побудувати профілограму процесу (рис. ), за допомогою якої при заданому значенні ВУЗ без проведення експерименту можна визначити необхідну температуру та тривалість процесу кислотного зневоднювання хлороводневою кислотою з масовою часткою 0,1 %.

Ступінь денатураційних змін м’язевої тканини в процесі кислотного зневоднення визначали за змінами фракційного складу білків. Частка денатурованих білків не перевищувала 35 %, що регламентується і при традиційній ПТО.

Проведені гістологічні дослідження нативної і зневодненої м’язевої тканини шпрота чорноморського (Sprattus sprattus phalericus (Rіsso)та піленгаса (Mugil so-iuy Basilewsky) за допомогою комп’ютерної програми QX3 Microscope дозволили підтвердити кореляцію між змінами в структурі м’язевої тканини та зниженням ВУЗ цих видів риби.

Визначення кінетики розм’якшення кісткової тканини, як нативної, так і обробленої при різних температурах та тривалості в розчинах хлороводневої кислоти, дозволило встановити, що цей процес відповідає закономірностям, справедливим для мономолекулярних хімічних реакцій I порядку. Отримані внаслідок розрахунків константи корелюють з константами розм’якшення кісткової тканини риби родин тріскових та оселедцевих. Визначено кінетичні константи десятикратного розм'якшення кісткової тканини при температурах 50 і 98 °С для хека і шпрота – D, а також періоди подвійного зниження твердості кісткової тканини цих видів риби (1/2), швидкість процесу деструкції, константа термостійкості кісткової тканини – Z. Енергія активації Арреніуса склала за кальцієм Еа ,45 кДж/моль, за фосфором – Еа ,87 кДж/моль. Дослідження змін біохімічного складу найбільш твердої кісткової тканини хека сріблястого при кислотній обробці підтвердило характер деструкції білково-мінерального комплексу внаслідок його руйнування зі значною міграцією іонів Са2+ та Р5+, а також перетворення неповноцінного білка осеоальбумоїда.

На підставі проведених досліджень науково обґрунтовані параметри енергозберігаючого процесу кислотного зневоднення м’язевої тканини риби при консервуванні розчином хлороводневої кислоти з масовою часткою 0,1співвідношення риба : розчин кислоти – 1:10, тривалість процесу – 30 хв, температура – 25 °С, рН початкового розчину кислоти – 2,3. Для остаточного видалення звільненої вологи використовували вакуумування при Рвак.  кПа і підпресування при Рпр. ,005...0,01 МПа. На запропонований спосіб кислотного зневоднювання при консервуванні риб отримано деклараційний патент України. На рис. наведена розроблена енергозберігаюча технологічна схема виробництва консервів з попереднім кислотним зневодненням .

У п.ятому розділі «Лактоферментовані овочі, соки і екстракти в біотехнології пресервів і консервів» наведено результати досліджень з визначення параметрів лактоферментування сировини та зневоднення м’язевої тканини риби при консервуванні. Вивчено динаміку рН, масової частки цукрів та вмісту молочної кислоти в соках та екстрактах огірків і капусти, подрібнених огірках і томатах (рис. ), а також ВУЗ та азоту летких сполук у лактоферментованій м’язевій тканині риби (рис. ). Найбільшим накопиченням молочної кислоти відрізнялись лактоферментовані подрібнені томати, завдяки найбільшому вмісту редукуючих цукрів та більш низькій активній кислотності.

Визначено, що ВУЗ і маса м’язевої тканини риби в процесі лактоферментування зазнає істотних змін внаслідок досягнення білками риб ІЕТ. В екстрактах огірків ВУЗ м’язевої тканини шпрота чорноморського знижується з 64 % до 8...28 %, у капустяних – до 10...25 %, у томатних – до 20...30 % За органолептичними показниками зразки риби, оброблені подрібненими томатами, були найкращими.

Математичне планування та обробка експериментальних даних дозволили отримати відповідні рівняння регресії та побудувати профілограму процесу ферментування (рис. ) для шпрота чорноморського з подрібненими ґрунтовими томатами та молочнокислими бактеріями L. acidophilus 317/402 із серії ер-2, як найбільш ефективного зневоднювача, що дозволяє при заданому значенні ВУЗ без проведення експерименту визначити необхідну масову частку молочної кислоти та тривалість процесу ферментування.

Процес лактоферментування був реалізований при виробництві швидкодозріваючих пресервів. У дослідних зразках пресервів, виготовлених із шпрота чорноморського з подрібненими томатами та культурами молочнокислих бактерій L. plantarum і L. acidophilus, з попередньою мікрохвильовою обробкою пряно-сольової суміші, масова частка повареної солі була знижена в 4 рази з 8 до 1,92 %, а також був виключений консервант – бензойно-кислий натрій, що не вплинуло на мікробіологічну стабільність пресервів.

Пресерви, виготовлені за новою технологією, дозрівали за показником буферності через 2 тижні, а традиційні пресерви зі шпрота чорноморського – тільки через 30 діб (табл. ). Швидкому дозріванню дослідних пресервів сприяло внесення в їх середовище низькокислотного овочевого екстракту з рН ,8, який активізував власні кислі пептидгідролази м’язевої тканини, оптимум яких перебуває в цих межах, а також активні молочнокислі бактерії, кількість яких складала 3106 для L. аcidophilus та 4107 для L. рlantarum в 1 г продукту, на початку процесу дозрівання, і залишалась стабільною впродовж зберігання продукту.

Таблиця 2

Динаміка буферності пресервів, в градусах (n = 3, Р 0,95)

Назва зразка | Тривалість, діб

3 | 6 | 9 | 12 | 15 | 20 | 31

«Кілька чорноморська тушка
в яблучному соусі» | 65,5 | 67,0 | 67,0 | 68,5 | 70,0 | 71,0 | 101,0

Пресерви з
лактоферментованими овочами | 73,5 | 79,0 | 84,0 | 98,0 | 102,0 | 106,0 | 135,0

Моніторинг якісних показників дослідних пресервів, проведений впродовж дозрівання за 5-бальною шкалою показав, що нові зразки пресервів на 1 бал перевершують виготовлені за традиційною технологією. Дослідні зразки пресервів були стабільними протягом 4 місяців, при повній відсутності консерванту.

З метою використання лактоферментування в якості процесу кислотного зневоднення перед тепловим консервуванням вивчено зміни азотовмісних сполук у м’язевій тканині шпрота чорноморського і піленгаса при обробці лактоферментованими овочами. Встановлено, що деструкція білків підпорядковується законам хімічних реакцій I порядку. Отримано кінетичні константи процесу деструкції білків м’язевої тканини (С) для процесу лактоферментування, які показують, за який час вміст білків зменшується на 90 % (рис. ). На підставі аналізу отриманих даних запропоновано лактоферментування в подрібнених томатах, під впливом яких у м’язевих тканинах відбуваються мінімальні втрати білків , не більше 10Параметри процесу: тривалість обробки – 90 хв, температура – 25 °С.

Вивчення денатураційних змін білків м’язевої тканини риби внаслідок лактоферментування показало, що фракційний склад білка змінюється не більше, ніж при традиційній ПТО м’язевої тканини риби, і втрати не перевищують 30Встановлено, що протеолітична активність ферментів м’язевої тканини риби, яка пройшла лактоферментування, знижується на 10 %, що припускає можливість використання щадної стерилізації.

Розроблено енергозберігаючий біотехнологічний спосіб кислотно-фермента-
тивного зневоднення м’язевої тканини риби перед консервуванням та технологічна схема виробництва консервів «Риба «Пікантна» в томатному соусі» (рис. 11).

У шостому розділі «Наукове обґрунтування параметрів традиційної і базованої на принципах термостабілізації стерилізації нових видів консервів» наведено результати досліджень специфічності технологічних властивостей та біохімічних показників піленгаса лиманів Одеської області та можливість подальшого раціонального використання його для виробництва різноманітних нових видів консервів за розробленими рецептурами.

Експериментально встановлено, що піленгас, на відміну від іншої напівпрохідної риби, має технологічні властивості, які вимагають виключення надлишкового теплового впливу на його ліпіди. Визначення жирнокислотного складу ліпідів м'язевої тканини дозволило встановити значний вміст ненасичених жирних кислот (табл. ). Встановлено високий рівень вмісту як мононенасичених, так і поліненасичених жирних кислот, який пояснює зростання перекисного числа (ПЧ). Поліненасичені жирні кислоти щ-3, щ-6 містяться в достатній кількості (1,84…6,95і можуть бути ефективним профілактичним засобом. Зміни кислотного числа (КЧ) ліпідів м'язевої тканини піленгаса в процесі 1,5 місячного зберігання при –18 С підтвердили практичні дані про високий рівень ліпазної активності м’язевої тканини піленгаса. КЧ прогресує з 2 до 7 мгКОН/г протягом 40 діб. Наявність фосфоліпіду кефаліну обумовлює специфічний запах піленгаса.

У результаті аналізу технологічних і біохімічних особливостей піленгаса і елементів маловідходних технологій на підставі проведених досліджень розроблено комплекс технологій та широкий асортимент консервов из акліматизанта – піленгаса (рис. ), шпрота чорноморського, хека, ставриди.

Консерви з філе містять у якості БАД ламінарію в кількості до 18що виконує роль природного драглеутворювача і надає радіопротекторних і імуномодулюючих властивостей, а також компенсує частковий дефіцит мінеральних речовин, що виникає в результаті філетування. Додавання в рецептуру консервів овочів і зелені підвищує біологічну цінність і органолептичні властивості готового продукту. Технології з попереднім кислотним зневоднюванням і лактоферментуванням замість традиційних ПТО дозволяють знизити затрати енергоносіїв і збагатити консерви продуктами метаболізму молочнокислих бактерій.

З метою використання некондиційної, маломірної сировини, а також відходів від філетування був запропонований варіант маловідходної енергозберігаючої технології рибного фаршу і консервів типу пудингу. Сутність даної технології полягає в тому, що за допомогою концентрату ферментного препарату КПГ за 90 хвилин при температурі 20 С з подрібнених розбираних тушок одержують рибний фарш без кісток і шкіри.

Реалізація сучасного способу стерилізації на принципах термостабілізації була вирішена шляхом використання дробової стерилізації для консервів групи А та Д. Режим міжварочної витримки або “термопаузи” при 50 С становить 30 хвилин. Це знижує термостійкість спор збудника специфічного псування і, як наслідок, дозволяє зменшити тривалість находження термолабільних компонентів консервів при терморуйнуючих температурах 110…120 С на 15...50у порівнянні з традиційними режимами стерилізації. У цьому випадку летальність режимів стерилізації можна знизити в 1,6...1,8 разів, ефективно зберігаючи при цьому біологічну цінність готового продукту (табл. ).

Запропоновано сучасний електрофізичний спосіб обробки рибних консервів токами наднизьких частот (ЕМП) для здійснення короткочасної витримки продукту в тарі з діелектриків замість «термопаузи» при дробовій стерилізації, або комбінованої з мікрохвильовою обробкою. Використання полів наднизьких частот в 15 Гц при магнітній індукції 30 мТл протягом 5 хвилин може замінити 0,5-годинну «термопаузу» при 50 С, що підтверджено мікробіологічними дослідженнями.

Інтенсифікацію процесу термостабілізації гомогенних фаршевих консервів «Пудинг з піленгаса «Особливий», що повільно прогріваються, досягнуто шляхом використання нового комбінованого способу стерилізації – східчастої термостабілізації (рис. 13).

Таблиця 4

Характеристика нових науково-обґрунтованих режимів стерилізації
і термостабілізації консервів з гідрбіонтів

Найменування
консервів і
напівконсервів | Режим | Летальність режиму, ум.хв

нормативна | фактична

нормативна | розрахункова

“Філе піленгаса з морською капустою в желе” | 5,5– | 6,87

“Філе піленгаса з морською капустою в желе” | 5,5 | 3,09 | 3,20

“Пудинг із піленгаса “Особливий” | 5,0– | 5,94

“Пудинг із піленгаса “Особливий” | 5,0 | 2,84 | 2,89

Юшка «Чорноморська» з піленгаса | 5,5– | 15,40

«Піленгас натуральний (філе)» | 5,0– | 7,70

«Піленгас з морською капустою в бульйоні «Одеса» | 5,5– | 5,87

«М’ясо криля натуральне» | 5,3– | 6,12

«М’ясо криля натуральне» | 2,5 | 1,71 | 1,76

«Піленгас в томатному соусі» | 4,1– | 13,8

«Піленгас «Пікантний» в томатному соусі»– | 2,61 | 3,23

Ефективність такої стерилізації була теоретично доведена шляхом розрахунку і порівняння констант термічної інерції fh, що скоротило фактичну летальність у 1,8 рази, в порівнянні з традиційною стерилізацією при безумовній мікробіологічній стабільності.

З урахуванням зниження термостійкості спор на 40при дробовій стерилізації розроблені параметри стерилізації напівконсервів групи Д з ракоподібних при 109 оС з нормативною летальністю в межах 1,71 ум.хв.

Такий режим стерилізації забезпечує промислову стерильність і відсутність ризику розвитку патогенного мікроорганізму C. botulinum, при оговорених умовах зберігання.

Уведення реологічного критерію «ефективність розм’якшення» кісткових тканин дозволило оптимізувати процедуру розробки режимів стерилізації консервів з риби. В ході досліджень були визначені фактична летальність та фактична «ефективність розм’якшення» кісток у консервах, що були виготовлені за новою технологією з попереднім кислотним зневодненням замість традиційної ПТО. При цьому було враховано і органолептичну характеристику консервів.

Діючі та нові параметри процесу традиційної стерилізації з урахуванням «ефективності розм’якшення» кісткової тканини наведено в табл. 5. Порівняльний аналіз показує, що фактична летальність та показник «ефективності розм’якшення» кісткової тканини для консервів зі шпрота чорноморського перевищує в 1,4 рази нормативні і новий режим стерилізації обґрунтовано може бути скорочений на 5…10 хв. Для консервів з хека доцільно аналогічне скорочення, режим стерилізації для консервів з піленгасу було скорочено на 15 хв, при умові, що попередня кислотна обробка ефективно вплинула на процес розм’якшення кісткової тканини, а фактична летальность знизилась у 2,5 рази.

Порівняльний аналіз теплофізичної ефективності параметрів стерилізації за принципом термостабілізації та традиційної, дозволив прогнозувати тривалість процесу стерилізації дробовим способом як для гомогенних, так і для гетерогенних продуктів на підставі наявних формул традиційної стерилізації.

Таблиця 5

Характеристика діючих та
науково обґрунтованих режимів стерилізації консервів

Найменування
консервів | Режими
стерилізації,
р = 0,2±0,02 МПа | Летальність
режимів стерилізації, ум. хв | Ефективність
разм’якшення кісткової тканини,
ум.хв

Fн | Fфакт | Pн | Pфакт

«Хек в томатному соусі» (за традиційною технологією) | 4,1 | 5,9 | 19,2 | 20,3

«Хек в томатному соусі «Південний» (з попереднім кислотним зневодненням) | 4,9 | 19,5

«Кілька в томатному соусі» (за традиційними технологіями ) | 5,7 | 19,8 | 21,5

«Кілька в томатному соусі «Південна» (з попереднім кислотним зневодненням) | 5,3 | 19,8

«Піленгас в томатному соусі» (за традиційною технологією) | 13,8 | - | -

«Піленгас в томатному соусі «Південний» (з попереднім кислотним зневодненням) | 5,8 | -

Відомо, що інтенсивність прогріву консервів, тобто фпр при стерилізації визначається константою термічної інерції (fh) і залежить від різних факторів. З метою визначення ступеня інтенсифікації прогріву консервів при використанні сучасного способу дробової стерилізації на принципах термостабілізації було проведено відповідні дослідження і розрахунки.

На підставі даних про константу термічної інерції різних способів стерилізації було виведено залежність загальної тривалості процесу стерилізації в кожному випадку окремо. Користуючись теплофізичною характеристикою традиційного режиму стерилізації, визначили розрахунковий час стерилізації р. Було введено поняття коефіцієнта,