ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУР ЗАМОРАЖИВАНИЯ СВИНОЙ КРОВИ
Рубрики: ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Авторы:
1.
Кемеровский государственный университет
Кемерово, Россия
Кемерово, Россия
2.
Кемеровский государственный университет
(Кафедра общей и неорганической химии, Профессор)
Кемерово, Кемеровская область, Россия
Кемерово, Кемеровская область, Россия
3.
ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»
Тип:
Статья
Страницы:
с 27
по 31
Статус:
Опубликован
Получено:
25.09.2013
Одобрено:
25.09.2013
Опубликовано:
25.09.2013
Классификаторы:
УДК 637.661:664.9.03
УДК 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
УДК 60 Прикладные науки. Общие вопросы
УДК 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
УДК 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
Криоскопическая температура, свиная кровь, эвтектическая температура, замораживание, активность воды
Аннотация (русский):
Работа посвящена исследованию температур замораживания свиной крови. Проведены эксперименты по определению криоскопической и эвтектических температур свиной крови. Построены графики зависимости температуры и скорости замораживания свиной крови от продолжительности замораживания. Расчетным путем определено значение активности воды. Получена зависимость удельного электрического сопротивления крови от температуры в процессе замораживания и оттаивания. В результате исследования определены такие характеристики свиной крови, как температура начала замерзания, температуры, соответствующие верхней и нижней границы эвтектической зоны, а также температура полного замораживания.
Работа посвящена исследованию температур замораживания свиной крови. Проведены эксперименты по определению криоскопической и эвтектических температур свиной крови. Построены графики зависимости температуры и скорости замораживания свиной крови от продолжительности замораживания. Расчетным путем определено значение активности воды. Получена зависимость удельного электрического сопротивления крови от температуры в процессе замораживания и оттаивания. В результате исследования определены такие характеристики свиной крови, как температура начала замерзания, температуры, соответствующие верхней и нижней границы эвтектической зоны, а также температура полного замораживания.
Ключевые слова:
Криоскопическая температура, свиная кровь, эвтектическая температура, замораживание, активность воды
Криоскопическая температура, свиная кровь, эвтектическая температура, замораживание, активность воды
Введение В последние годы наблюдается значительный рост объемов переработки сельскохозяйственной продукции. Экономическая обстановка нашей страны диктует необходимость глубокой переработки сельскохозяйственного сырья. В мясной промышленности одним из видов вторичного сырья является кровь убойных животных, высокая биологическая ценность которой обусловлена содержанием в ней белков, микроэлементов, ферментов и незаменимых аминокислот. Белковый состав крови различных животных представлен в табл. 1 [1]. Таблица 1 Содержание белков вкровиубойных животных, % Вид белка Вид животного крупный рогатый скот (коровы, телята) свиньи мелкий рогатый скот (овцы, ягнята) Альбумин 3,61 4,42 3,83 Глобулины 2,9 2,96 3,0 Фибриноген 0,6 0,65 0,46 Гемоглобин 10,3 14,2 9,3 Всего 17,41 22,25 16,59 Свиная кровь характеризуется большим содержанием белков – порядка 22 %, что обусловливает ее высокий потенциал для производства пищевых продуктов и лекарственных препаратов. Кровь убойных животных используется в качестве обогатителя белка при производстве различного рода мясопродуктов, кондитерских изделий, белковых препаратов, гидролизатов, функциональных напитков, гематогена, биологически активных добавок и т.д. [2–4]. Гемоглобин, входящий в состав крови, может использоваться для производства ряда продуктов питания с целью профилактики анемии, являющейся распространенным заболеванием, связанным с недостатком железа. Несмотря на это, кровь является благоприятной средой развития микроорганизмов, что обусловлено относительно высоким содержанием влаги (свыше 75 %). Для определения микробиологической безопасности продукта такой параметр, как активность воды (aw), является более приемлемой характеристикой, чем содержание влаги. Данный показатель определяет состояние влаги в продукте и, соответственно, его стабильность. В табл. 2 представлены пороговые значения активности воды, выше которых происходит развитие различных микроорганизмов, встречающихся в пищевыхпродуктах [5]. Таблица 2 Пороговые значения активности воды (aw) для микроорганизмов aw Бактерии Дрожжи Плесени 0,98 Pseudomonas 0,96 Klebsiella, Shigella 0,93 Clostridium, Lactobacillus 0,92 Salmonella 0,90 Vibrio, Pediococcus Phodotorula, Saccharomyces 0,88 Candida, Torulopsis, Debariomyces Clodosporium 0,86 Staphylococcus 0,80 Saccharomyces Penicillium, Aspergillus 0,75 Hulophilic bacteria 0,62 Saccharomyces 0,60 Aspergillus В случае когда возникает необходимость консервирования крови в целях продления сроков хранения либо по технологическим требованиям, например, если кровь используется для получения питательных сред для культивирования микроорганизмов, она подвергается сублимационному высушиванию. Отличительная особенность данного вида обезвоживания состоит в том, что вследствие понижения давления ниже значения «тройной точки воды» происходит кристаллизация влаги в продукте с последующей сублимацией. С целью сокращения продолжительности сублимационной сушки используется предварительное замораживание продукта. Кровь яввляется высооковлажным продуктом, при понижении ее температтуры ниже тточки началаа замерзания воода выморажживается, а ррастворенноее вещество конццентрируетсяя, при этом температураа незамерзшего раствора сннижается. Теммпература, нниже которой расствор полнос тью переходдит в твердоее состояние, наазывается эввтектическойй температуррой. Теоретическки и эксперииментально уустановлено [6], что темпераатура предваррительной зааморозки доллжна соответство вать эвтектиической теммпературе выысушиваемогомматериала. Таким ообразом, целью данной рработы явля ется определениее таких харакктеристик сввиной крови, как криоскопичееская и эвттектические температурыы, с целью усттановления оптимальнойй температтуры предварителльной замороозки перед ссублимационнным высушиваниием, а такжее концентриррование вым ораживанием. ВВ задачи насстоящей рабо ты входит таакже определениее параметра активность воды, являюющегося важнымм показателеем в отношеннии микробиоологической и ферментной стабильностти для обосн ования необходдимости коннсервированиия свиной кррови вышеуказаннными способбами. Объекти методы иссследования В качесттве объекта иисследованийй использоваллась свиная кроввь, стабилизиированная 8,55 %-м раствоором триполифоссфата натрия (соотношениие стабилизаттора к свиной кррови 0,025:1)). Определениие криоскопиической темпеературы осууществлялосьь на устаноовке, схема которрой представлленана рис. 11. Рис. 1. Сххема установкии для определеения криоскоппической темпераатуры: 1 – рабочая емкостьь; 2 – пробиррка с исследуемымм раствором; 33 – уравнителльные трубопрроводы; 4 – цилинндрическая коллба; 5, 6 – труббопроводы поддачи х/н; 7 – нагрееватель; 8 – еммкость с холоодным х/н; 9 –– емкость для прииготовления оттепленного х/нн; 10 – насос пподачи отепленноого х/н; 11 – ннасос подачи оохлажденного х/н; 12 – модуль ввода аналогговый МВА8; 13 – измериттельрегулятор ТРРМ202; 14 – прреобразовательь интерфейса ААС4; 15 – ПК; 16 –– термопары хрромель-копелевые Емкости 1, 88 и 9 были ппомещены в ккамеру двух-каскадной холоодильной усттановки с ттемпературойй 45 ººС. Контрольь и поддержаание температтур осущест-вляялись измериительным коомплексом, ккоторый былл насстроен таким образом, чттобы обеспеччивать задан-нуюю разность теемператур меежду исследууемым веще-ством и охлажддающей среддой, что позвволило повы-ситть точность оопределения криоскопичееской темпе-раттуры за счет рравномерног гп о отвода теплоты. В данномм случае разнность темпераатур между ххладоносите-лемм и продуктомм была устанновлена в 15 ººС. Перед началлом экспериммента исследдуемый про-дуккт в пробиркке 4 предваарительно оххлаждали доо теммпературы 1 ººС и помещалли в рабочуюю емкость 1 сс хлаадоносителемм, заранее отеепленным доо –8...–10 ºС.. Усттановленная разность теемператур ммежду иссле-дуеемым вещесттвом и хладооносителем поддержива-лась включениеем-отключеннием насоса подачи хла-донносителя 11 вв рабочую еемкость 1. Реегистрация ии коннтроль темпеературы осущществлялись с помощьюю изммерительногоо комплекса,, включающщего в себяя хроомель-копелеевые термопаары 16, аналлоговый мо-дулль ввода МВАА8 12, измерритель-регуляятор ТРМ2022 13, преобразоваатель интерффейса АС4 14 и персо-налльный компьюютер 15. Для определления эвтекттических теммператур ис-полльзовался меттод параллелльного замер а температу-ры и электричееского сопроттивления обрразца в про-цесссе заморажиивания до –600 ºС и последдующего от-таиивания [7]. Суущность даннного метода заключаетсяя в тоом, что при пполном замо раживании ввещества, ко-гдаа кристаллизууется вся жиддкая фаза, соопротивлениее резко повышаеттся до нескоольких МОмм, что можетт бытть зафиксироовано на меггомметре. Теемпература вв даннной точке ббудет являтьсся температуурой полногоо заммораживания.. При дальнеейшем оттаиввании точка,, сооответствующаая резкому ппереходу со противленияя обрразца от несскольких МООм к горазд о меньшемуу знаачению, соотвветствует эвттектической ттемпературе.. Заммораживание образца до ттемпературыы –60 ºС про-извводилось на двухкаскаднной термоэллектрическойй усттановке, пред ставленнойнна рис. 2. Рис. 2. Схемаа установки ддля определенния эвтектиче-скихх температур: 1 – электродды; 2 – емкостть с исследуе-мымм веществом; 3 – термопаара хромель-коопелевая; 4 –– терммоэлектрическкие модули; 5 –– радиатор; 6 –– вентилятор Установкка размещенна в холоди льной камерре с температуроой –45 ºС. ИИспользованиие термоэлекттрических модуулей дает воозможность сснизить темппературу в емкоости 2 до –600 ºС. Длина ээлектродов 11 составляла 7 ммм, расстояниие между нимми – 10 мм. Активноость водырасссчитывалась по формуле [8]: ⎛ 1 ⎞ , (1) lg A = 1,152 − 3114,7 ⋅⎜ ⎟ + 2733,15 ⎝ tз ⎠ где А – велиичина активнности воды; tзз – криоскопиическая темпер атура продуккта, ºС. Результааты и их обссуждение После прроведения экксперимента по определеннию криоскопичееской темперратуры былии построены графики измен ения темпераатуры свинойй крови и хл адоносителя поо времени (риис. 3а), а такжже график иззменения скороостиохлажде ния крови (рис. 3б). б Рис. 3. Гррафикиизмене ния температууры хладоносиителя и крови в прроцессе замороозки (а) и скоррости охлажд ения крови (б) Процесс замморозки кровви можно оххарактеризо-вать тремя этаппами. Первыйй этап – охлааждение кро-ви ддо криоскопиической темппературы и ппереохлажде-ниее, которое вв данном слуучае составиило 0,25 ºС.. Теммпература хлладоносителяя при этом сснижается доо –199 ºС. Затем ннаблюдается ххарактерныйй скачок тем-перратуры до крриоскопическкой, после кооторого тем-перратура продуукта держитсяя на одном ууровне. Изо-термическая пл ощадка на риис. 3а соотвеетствует вто-ромму этапу заммораживанияя. При этом происходитт выдделение скрыытой теплотыы плавления, составляю-щейй 332,43 Дж. Из графикаа на рис. 3б следует, чтоо даннный период отсутствия сскорости охллаждения на-чиннается через 33,5 мин послле начала прооведения экс-перримента и дллится 6,5 минн. Криоскопиическая тем-перратура свинойй крови сост авила –0,88 ººС. На треть-ем этапе происхходит дальнеейшее сниженние темпера-турры крови нижжекриоскопичческой. По значениию криоскоопической ттемпературыы можжно определиить величинуу активности воды крови.. Сущществует рядд уравнений,, связывающ их величинуу крииоскопическоой температууры и активвности воды,, поллученные террмодинамичееским аналиизом процес-совв кристаллизаации влаги [9, 10]. Для ррасчета былаа исппользована фформула (1) для высоковвлажных пи-щеввых продукттов, в которыых вода приисутствует вв видде раствора [88]. Величинаа активности воды свинойй кроови составил а 0,991, что соответствуует условиямм развития большшинствамикрооорганизмов (табл. 2). На рис. 4 ппредставлена зависимостьь электриче-скоого сопротивлления образцца свиной кроови в процес-сеззамораживания иоттаиванния. В процессее замораживвания до ттемпературыы –200 ºС сопротиввление образзца практичесски не меня-лоссь. Дальнейшеее понижени е температурры сопровож-даллось значитеельным увелличением соппротивления,, прии достижениии температурры –51,5 ºС ооно резко по-вышшалось, на риис. 4 эта точкка соответстввует темпера-турре полного заммораживанияя свиной кровви (точка Tп.).. Даллее после заммораживанияя образца до –60 ºС про-извводилось его оттаивание. Поскольку ккровь являет-ся жидкой биоллогической ссистемой, соодержащей вв свооем растворе минеральныые и органичческие веще-ства с различныыми эвтектичческими точ ками, в дан-номм случае имеела место эвттектическая ззона, опреде-ляеемая верхней и нижней э эвтектическойй температу-рамми. В данномм интервале ппроисходило вымерзаниее гиппотоническихх растворов солей. При оттаиваниии обрразца крови в точке ТТн.э. наблюдаалось резкоее умееньшение соппротивленияя от несколькких МОм доо 1,6 МОм. Такиим образом , нижняя эввтектическаяя теммпература сосставила –47, 9 ºС. Дальнеейшее оттаи-ванние сопровожждалось падеением электр ического со-проотивления кррови, в точке Тв.э. происхоодил перегибб графика, что со ответствовалло верхней эввтектическойй точчке, температтура которой была равна ––35,7 ºС. Выводы В результате экспериментальных исследований установлено, что свиная кровь характеризуется высоким уровнем активности воды – 0,991, что обусловливает необходимость в концентрировании вымораживанием или сублимационным высушиванием. Процесс льдообразования свиной крови начинается при температуре –0,88 ºС, в интервале температур –35,7…–47,9 ºС наблюдается эвтектическая зона данного сырья, а при температуре –51,5 ºС происходит полное вымораживание влаги, содержащейся в данном растворе. Таким образом, температура предварительного замораживания свиной крови перед сублимационной сушкой должна лежать в интервале –50…–52 ºС, а процесс криоконцентрирования следует проводить при температуре ниже –0,88 ºС. Полученные данные по криоскопической температуре, активности воды, температуре полного замораживания и эвтектической зоне могут быть полезны при разработке технологий, предусматривающих холо Рис. 4. Зависимость электрического сопротивления дильную обработку свиной крови. образца свинойкровиоттемпературы
1. Пожариская, Л.С. Кровь убойных животных и ее переработка / Л.С. Пожариская, С.Г. Либерман, В.М. Горбатов. - М.: Пищевая промышленность, 1971. - 424 с.
2. Файвишевский, М.Л. Переработка крови убойных животных / М.Л. Файвишевский. - М.: Колос, 1993. - 726 с.
3. Короткий, И.А. Пищевые продукты на основе боенской крови / И.А. Короткий, Д.Е. Федоров // Инновационный конвент «Кузбасс: образование, наука, инновации». - 2012. - Т. 1. - С. 176-178.
4. Киселева, Р.Е. Исследование крови убойных животных для получения белковых препаратов / Р.Е. Киселева, Е.Ю. Бояркина // Фундаментальные исследования. - 2004. - № 6. - С. 66-66.
6. Короткий, И.А. Исследование и разработка технологий замораживания и низкотемпературного хранения плодово-ягодного сырья Сибирского региона: дис.. д-ра техн. наук: 05.18.04 / Короткий Игорь Алексеевич. - Кемерово, 2009. - 410 с.
7. Нежута, А.А. Научное обоснование и методика разработки и совершенствования промышленной технологии сублимационного высушивания биопрепаратов: дис.. д-ра биол. наук: 03.00.23 / Нежута Александр Александрович. - Щелково, 2003. - 288 с.
8. Калацевич, Н. Н. Влияние активности воды на естественную убыль массы плодово-ягодной продукции при холодильном хранении / Н. Н. Калацевич, С. В. Мурашев // Процессы и аппараты пищевых производств. - 2012. - № 1. - С. 223-228.
9. Здановский, А.Б. Расчет температур замерзания растворов по активности воды / А.Б. Здановский // Физическая химия. - 1977. - Т. 51, вып. 9.
10. Юзов, С.Г. Определение активности воды в высоковлажных пищевых продуктах по криоскопической температуре / С.Г. Юзов // Все о мясе. - 2009. - № 1. - С. 29-32.
