Производство мороженой рыбной продукции

Замораживание – это процесс, при котором температура тела рыбы становится ниже точки замерзания тканевых соков, а большая часть воды, содержащейся в тканях, превращается в лед. Замораживают живую рыбу, рыбу-сырец и охлажденную рыбу.

При замораживании в рыбе происходят физические, физико-химические, гистологические и микробиологические изменения. Многие из них, в основном, обусловлены превращением воды в лед при низких температурах. Для качества мороженой рыбы важно, с какой скоростью осуществляется процесс замораживания. Скорость замораживания влияет на бактериальную флору рыбных продуктов.

Быстрое снижение температуры до значений, близких к 0 °С, оказывает повреждающее или даже смертельное воздействие на некоторые микроорганизмы. Такое действие низких температур связывают с осмотическим шоком, полагая, что быстрая кристаллизация влаги сопровождается резким повышением концентрации растворов электролитов в микробной клетке и нарушением жизненного равновесия, вызывающими ее гибель.

Медленное понижение температуры ослабляет неблагоприятное действие холода на микроорганизмы, поэтому в медленно замороженных продуктах количество микроорганизмов при прочих равных условиях оказывается большим, чем в быстро замороженных. Максимальная гибель микроорганизмов (80–90 %) происходит в интервалах температур от 0 до минус 5 °С.

Главными физическими изменениями в рыбе при замораживании являются кристаллизация воды субстрата и во многих случаях – изменение массы мороженой рыбы (усушка). Величина потерь массы при замораживании зависит от температуры процесса и скорости замораживания, а также от вида, размера, физиологического состояния, способа разделывания рыбы, вида охлаждающей среды и др. При быстром замораживании усушка меньше, чем при медленном.

Быстрозамороженный продукт характеризуется большей однородностью, так как мелкие кристаллы льда равномерно распределены в тканях продукта, не деформируя его клеток. При медленном замораживании образуются крупные кристаллы льда, повреждающие мышечные волокна и разрушающие миофибриллы. При длительном хранении процессы декструкции нарастают.

При замораживании изменение структуры тканей вызывает изменение их цвета вследствие оптического преломления кристаллов разных размеров и форм.

При замораживании рыбы происходят глубокие физико-химические изменения ее мышечной ткани.

В тканевом соке рыбы вымерзает вода, в оставшемся растворе повышается концентрация солей, уменьшается растворимость белков, а также их способность к набуханию. Денатурация белков наиболее активно протекает в интервале температур от минус 2 °С до минус 5 °С и во многом зависит от скорости замораживания.

Большое влияние на качество мороженой рыбы оказывает посмертное состояние рыбы-сырца перед замораживанием. Состояние рыбы до замораживания влияет на экстрагируемость азотистых веществ из мышечной ткани солевым раствором, влагоудерживающую способность, эластичность мышечной ткани.

Рыбу лучше замораживать до наступления посмертного окоченения или же в состоянии расслабления ее тканей. При замораживании в стадии посмертного окоченения на мышечную ткань оказывают влияние окоченение и неблагоприятные условия, создающиеся в процессе замораживания: увеличение концентрации тканевого сока, изменение рН среды, солевого состава мышечного сока и т. д.

В рыбе, замороженной сразу после вылова, изменения гистологической структуры меньше, чем в рыбе, замороженной после предварительного хранения. При быстром замораживании гистологическая структура изменяется меньше, чем при медленном замораживании.

В процессе замораживания рыбы изменяются ее теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность. Это объясняется существенным различием теплофизических свойств воды и льда.

Расход холода на замораживание рыбы складывается из теплоты, отводимой от нее при замораживании (70–90 %), потерь на охлаждение морозильного аппарата, тара, упаковки.

Продолжительность замораживания рыбы зависит от ее размеров и формы, теплоемкости, теплопроводности, начальной и конечной температуры, коэффициента теплоотдачи от поверхности рыбы к охлаждающей среде, температуры и свойств охлаждающей среды и т. д.

Способы замораживания. В рыбной промышленности применяют замораживание в естественном холоде и замораживание путем использования искусственного (машинного) холода.

По виду охлаждающей среды различают замораживание в воздухе, рассолах, кипящих хладагентах. Применяют аппараты как с промежуточным хладоносителем (рассолом), так и с непосредственным охлаждением хладагентом.

По характеру контакта между гидробионтом и охлаждающей средой выделяют контактное замораживание, когда существует непосредственный контакт между продуктом и средой, и бесконтактный, когда теплообмен осуществляется через непроницаемую и теплопроводящую перегородку.

Известны комбинированные способы замораживания, например, замораживание на холодной металлической поверхности с одновременным обдуванием воздухом.

Основными критериями при оценке различных способов замораживания рыбы являются: качество получаемого продукта, техническое совершенство и степень механизации процессов, экономические показатели (стоимость оборудования, энергопотребление и др.).

В настоящее время подавляющая часть морозильных установок в рыбной промышленности относится к воздушным плиточным и бесконтактным установкам и морозильным аппаратам.

Замораживание естественным способом применяется в районах Севера при температуре воздуха ниже минус 15 ° С. Выбранное для морозильной площадки место очищают от снега, загрязнений и намораживают на нем слой льда. Живую рыбу из сетного мешка размещают слоем (в один экземпляр) таким образом, чтобы отдельные экземпляры не соприкасались. Замороженная рыба является высококачественным продуктом. Замораживание естественным холодом дает наиболее дешевую продукцию и не требует капиталовложений.

Рыбу естественного замораживания укладывают в ящики, плетеные короба, мешки и вывозят на берег для реализации или для хранения в холодильных камерах. Допускается хранение рыбы в бунтах. При длительном хранении бунт засыпают толстым слоем снега, утрамбовывают и заливают водой. Мороженую рыбу можно хранить до тех пор, пока средняя дневная температура не повысится до минус 3 – минус 5°С.

Замораживание в воздухе искусственного охлаждения. Воздух используют в качестве промежуточного хладоносителя: через него происходит процесс теплообмена между продуктом и основным хладагентом.

В зависимости от конструктивных и эксплуатационных характеристик воздушные морозильные аппараты подразделяют на стеллажные, шкафные, туннельные, конвейерные, флюидизационные. В современных морозильных аппаратах интенсивного действия поддерживаются следующие параметры промежуточного хладоносителя: температура минус 30 – минус 40 ° С, скорость движения воздуха над рыбой 4–9 м/с, относительная влажность воздуха 85–95 %.

Более широкое распространение получил способ интенсивного воздушного замораживания рыбы в аппаратах и установках непрерывного конвейерного действия. Рыба из весового бункера поступает в блок-формы, закрываемые 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-схемы автоматически снимаются с цепей конвейера и подаются в устройство для оттаивания паром или водой. Блок-форма переворачивается, блок выпадает из нее и попадает на разгрузочный транспортер. Холодильный агент – аммиак.

Замораживание в плиточных морозильных аппаратах. Продукт помещают между плитами, через которые от него осуществляют теплоотвод, так как в плитах циркулирует хладагент или рассол. Размер плит составляет 1300х1100х40 мм. Производительность аппаратов – от 5 до 25 т/сут. Эти аппараты компактны, процесс замораживания протекает быстрее, чем при воздушном способе. Недостатком плиточного замораживания является применение ручного труда при загрузке и разгрузке аппарата, необходимость разделки крупной рыбы на филе, а также применения упаковочных материалов.

Замораживание в жидкостных морозильных аппаратах. 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, укладываемые на этажерки, а затем в емкости с холодным рассолом. Низкая температура (минус 40 – минус 45 °С) и концентрация рассола поддерживается за счет циркуляции его через охладитель и солеконцентратор.

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 жидкостного замораживания следует отнести 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 видов рыб и морепродуктов. Преимуществом этого способа является большая скорость замораживания, в качестве хладагента используют углекислоту, двуокись азота, фреон.

Применение жидкого азота обусловлено его нетоксичностью, бактерицидными свойствами, низкой температурой кипения (минус 195,8 °С.). Основной недостаток данного способа – высокая стоимость хладагента.

Процесс замораживания может осуществляться несколькими способами: непосредственным погружением продукта в жидкий азот, орошением продукта жидким азотом, холодными парами испаряющегося азота, а также различными комбинациями этих способов. Однако следует учитывать, что при погружном способе замораживания в результате значительного перепада температуры на поверхности продукта и в его толще происходит образование макро- и микротрещин, ухудшающих качество замороженного продукта. Поэтому наиболее эффективным способом является замораживание путем орошения жидким азотом или его парами.

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 (минус 1 – минус 5 °С) преодолевается за 3–9 мин, что способствует образованию мелкокристаллической структуры льда и обеспечивает высокую степень обратимости процесса замораживания. Аэробная микрофлора на поверхности продукта благодаря повышенному содержанию азота в охлаждающей среде подавляется. Немаловажным является значительное уменьшение или отсутствие усушки. Расход жидкого азота на замораживание 1 кг продукта составляет 1,2–1,5 кг.

Жидкий диоксид углерода применяют в морозильных установках вместо воздушного потока. В результате понижения температуры до минус 50 – минус 70 °С возрастает скорость замораживания, увеличивается в два раза производительность аппаратов, уменьшается усушка, повышается качество продукта. Расход жидкого диоксида углерода на замораживание 1 кг продукта составляет около 1,5 кг. Возможны конденсация отработавшего диоксида углерода и его повторное использование.

Фреон-12 применяют для замораживания филе, рыбных палочек и др. Температура кипения его составляет минус 43 °С. Возможны регенерация и повторное использование фреона. Стоимость замораживания в жидком фреоне в 2–2,3 раза ниже, чем в жидком азоте.

Глазирование. Это процесс образования на всей поверхности мороженой рыбы тонкой ледяной корочки, предохраняющей ее от усушки и окисления липидов (позволяет увеличить сроки хранения на 1–2 мес.).

Не глазируют рыбу мокрого (контактного) и льдосолевого замораживания; на поверхности такой рыбы в процессе производства образуется ледяная корочка.

Взамен глазирования мороженая продукция может быть упакована в пакеты из полимерных пленок под вакуумом и при обычной атмосфере.

Глазируют рыбу сразу после замораживания, применяя погружной или оросительный способ глазирования. На количество глазури влияют: способ глазирования, продолжительность глазирования,температура воды и рыбы, вид рыбы, способ ее разделки, плотность укладки в блок-формы перед замораживанием и др. Например, при глазировании меньше всего глазури образуется на ровной поверхности блоков рыбного филе по сравнению с блоками неразделанной, обезглавленной и потрошеной рыбы.

Условия хранения и транспортирования. Хранение мороженой рыбы на судах, в производственных и распределительных холодильниках осуществляется при температуре не выше минус 18 °С и относительной влажности воздуха 94–98 %.

Укладка ящиков мороженой рыбы в штабеля должна быть очень плотной. Высота штабелей зависит от вида ящиков (деревянный, картонный) и высоты камер холодильника.

Сроки хранения мороженых продуктов зависят от вида рыбы, способов разделки и замораживания, наличия на рыбе защитного покрытия, условий хранения (от 4 до 10 мес.).

Размораживание

Размораживание –завершающая стадия низкотемпературной обработки рыбы, процесс, обратный замораживанию, состоящий в таянии кристаллов льда и восстановлении первоначальной гистологической структуры мышечной и других тканей рыбы и морепродуктов.

Характеристика процесса размораживания. Размораживание – это тепловой процесс, при котором определенное количество теплоты передается рыбе для повышения температуры ее тела от начальной минус 18 °С до минус 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. Если выделилось значительное количество воды при размораживании, это свидетельствует о снижении пищевой ценности продукта в процессе холодильной обработки: мясо 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.

Нежелательные изменения свойств мяса рыбы как при замораживании, так и при размораживании определяются в основном денатурацией его белков в интервале температур от минус 1 ºС до минус 5ºС. Поэтому чем быстрее при размораживании проходят эту критическую зону температур, тем меньше изменяются свойства мяса рыбы. Так, при 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).

Способы размораживания. В зависимости от характера передачи продукту теплоты известные способы размораживания условно делят на две группы.

К первой группе относят способы передачи теплоты к поверхности продукта от внешней среды путем теплообмена (поверхностное размораживание). Теплота сообщается продукту через теплоизлучающую среду: сухой или влажный воздух, воду, лед, раствор поваренной соли, паровоздушную смесь, конденсирующий пар, инфракрасное излучение, а также через греющие металлические плиты. Размораживание происходит постепенно от поверхностных слоев рыбы к внутренним.

Ко второй группе относят способы, при которых теплота, необходимая 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.

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 (хотя и незначительные) экстракцию азотистых веществ и набухание тканей рыбы, а также большой расход воды.

При воздушном размораживании указанные недостатки устраняются, однако процесс происходит медленно, устройства для его осуществления громоздки, занимают большую площадь; кроме того, отмечают подсушку внешней поверхности продукта, окисление липидов, рост числа микроорганизмов.

При паровакуумном размораживании отсутствуют перегрев продукта, потери массы, бактериальное загрязнение, снижается расход воды, сохраняются вкусоароматические вещества рыбы. Однако для этого способа характерно относительно невысокое значение коэффициента теплоотдачи, а также сложность и периодичность действия устройства, высокая энергоемкость процесса.

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. Однако под действием излучения быстро нагревается поверхность продукта, в то время как внутренние слои остаются еще замороженными, что отрицательно сказывается на качестве продукта. Кроме того, быстрый нагрев способствует поверхностному испарению воды и образованию вздутий под кожей рыбы. Этот способ размораживания предпочтительнее использовать в комбинации с другими способами.

Размораживание путем контакта с греющей поверхностью эффективно только для блоков, имеющих ровную плоскую поверхность. Такое размораживание происходит быстро у поверхности, но значительно медленнее во внутренних слоях, возможны нагрев рыбы и нарушение ее кожного покрова.

Размораживание кристаллизующейся водой основано на использовании теплоты, которая выделяется при льдообразовании на поверхности рыбы. Мороженую осетровую рыбу помещают в непроточную воду температурой 0,5 – минус 1 ºС. На ее поверхности образуется корочка льда, которая по мере отепления рыбы до минус 3 ºС (для разделки на балычные изделия) постепенно увеличивается, достигая 30 % массы продукта. Продолжительность такого размораживания больше, чем при обычном способе в циркулирующей воде, однако при его проведении уменьшаются набухание тканей и потеря экстрактивных веществ, обсемененность рыбы, расход воды.

Способы объемного размораживания с использованием тока промышленной чистоты и энергии электромагнитного поля обеспечивают наиболее быстрое размораживание рыбы и высокое ее качество. К недостаткам размораживания токами промышленной чистоты относят большой расход электроэнергии и воды. Что касается размораживания в электромагнитном поле, то недостатками этого способа являются возможность локального перегрева продукта при отеплении выше температуры минус 2 – минус 1 ºС, повышенный расход электроэнергии, невозможность размораживания продуктов неправильной геометрической формы.

В рыбной промышленности в основном применяют способы поверхностного размораживания, из которых наиболее распространено размораживание на воздухе и в воде. В последнее время начинают применять электрофизические способы размораживания, а также размораживание паром под вакуумом.

В воздушной среде размораживают крупную рыбу, филе при температуре воздуха 8–20 ºС и относительной влажности 90−95 %. Для размораживания блоков их укладывают на стеллажи в один ряд и выдерживают в течение 6−25 ч до достижения температуры рыбы минус 1 − 0º С. Продолжительность размораживания зависит от толщины, теплофизических свойств продукта, температуры воздуха, скорости его циркуляции.

Интенсификации процесса размораживания рыбы на воздухе достигают путем его увлажнения (95−100 %) и циркуляции (1−5 м/с).

В рыбной промышленности широко применяют 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 ºС, соотношение воды и рыбы 1:4 – 1:5. Продолжительность размораживания составляет 1−4 ч. 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 ухудшается. Более эффективен способ размораживания орошением водой, чем погружением. Но даже и этот способ малопригоден для размораживания крупной рыбы, так как после распада блока внутренние слои рыбы остаются недостаточно размороженными.

Для интенсификации процесса размораживания рыбы в воде применяют подачу пара под давлением, циркуляцию пара, смесь воды и воздуха в виде пульсирующей струи.

Для производства копченой и соленой продукции мороженую рыбу размораживают в концентрированных растворах поваренной соли. Продолжительность размораживания рыбы в растворе поваренной соли концентрацией 24 % и температурой 30 ºС составляет 3−5 ч. При этом содержание соли в рыбе составляет 1,2−1,5 %.

При размораживании конденсирующимся паром под вакуумом водяной пар при пониженном давлении расширяется и, конденсируясь на поверхности, обогревает ее. Вакуум в камере размораживания позволяет поддерживать достаточно низкую температуру, при которой свойства мяса рыбы хорошо сохраняются. Например, при температуре конденсации 20 ºС необходимо поддерживать в камере размораживания давление 2,3 ∙ 10⁻³ МПа.

Способы объемного размораживания по сравнению с поверхностными являются более эффективными: продукция получается высокого качества; отсутствуют усушка, окисление липидов, вымывание азотистых веществ. При размораживании электрическим током через замороженную рыбу, обладающую определенной электропроводимостью, пропускают переменный электрический ток промышленной частоты, который вызывает ее нагрев.

Блок мороженой рыбы помещают в медленно циркулирующую воду, в результате чего ее 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 рыбу помещают в электромагнитное поле и размораживают как диэлектрик. В зависимости от диапазона частот электромагнитного излучения различают сверхвысокочастотное (СВЧ), высокочастотное (ВЧ) и низкочастотное размораживание (НЧ).

Источником электромагнитного излучения является магнетрон. Энергия передается через волноводы. При ВЧ- или НЧ- размораживании рыбу помещают в электромагнитное поле конденсатора, к которому подается переменное напряжение строго выбранной частоты (обычно 25−50 МГц). Большое применение находит размораживание в электромагнитном СВЧ-поле, которое проходит температурный интервал минус 5 – 0 ºС 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.

Перспективными являются комбинированные методы размораживания, включающие в себя размораживание посредством нагрева электрическим током и внешнего нагревания в воде или в потоке воздуха.