1.3. Общая характеристика структуры гидробионтов

Структура — это внутреннее строение объекта, представляю­щая собой пространственный каркас, в котором его частицы свя­заны одна с другой молекулярными силами. Характер взаимодей­ствия между элементами (частицами) структуры определяет хими­ческий состав, биохимические показатели, температуру, массовую долю влаги и жира, дисперсность и другие функционально-техно­логические свойства гидробионтов, которые претерпевают раз­личные изменения в процессе переработки.

Мясо гидробионтов представляет собой сложное сочетание различных тканей, образующих коллоидную систему, необычайно гетерогенную по химическому составу и степени дисперсности со­ставляющих компонентов (табл. 1.1). Молекулярный состав мяса гидробионтов непостоянен, причем наиболее существенно изме­няется в тканях массовая доля воды и липидов.

Различают сырье и продукты с клеточной (рыба, солено-копче­ные, вяленые, сушеные изделия и т. п.) и неклеточной структурой. Последние могут быть в жидком (бульон, жир), пластично-вязком (сырое измельченное рыбное сырье, фарши и другие высококон­центрированные суспензии) и твердом (жир при низких темпера­турах) состояниях. Текучие системы подразделяют на бесструктур­ные (истинно вязкие —вода, жир при температуре 338...343 К) и

структурированные, у которых в той или иной степени наблюда­ется аномалия вязкости. Наличие и вид структуры определяют ос­тальные свойства материала.

1.1. Химический состав мяса гидробионтов

компонент

Массовая доля %

Разность значений массовой доли %

Вода 52...94 42

Липиды 0,1--.32,0 31

Азотистые вещества 5,8...27,2 21

Минеральные вещества 1,5...3,5 2

Кизеветтер И. В. Биохимия сырья водного происхождения. — М.: Пищевая промышленность, 1973.—424с.

В зависимости от типа и энергии возникающих в продукте свя­зей акад. П. А. Ребиндер подразделяет существующие структуры пищевых продуктов на коагуляционные, конденсационные и кри­сталлизационные, а также встречаются и комбинированные структуры.

Коагуляционные структуры образуются путем сцепления частиц через тончайшие остаточные прослойки свободной или адсорбци-онно связанной с ними дисперсной среды. Толщина прослойки соответствует минимуму свободной энергии системы. Сцепление осуществляется ван-дер-ваальсовыми силами, которые способ­ствуют протеканию самопроизвольных процессов приближения :< более устойчивому термодинамическому состоянию: тиксот-ропному упрочнению, самоуплотнению — синерезису. Толщину прослоек характеризует в известной степени содержание диспер-;ионной среды. При увеличении содержания воды система из твердообразной переходит в жидкообразную. В связи с этим тех­нологические характеристики продукта определяются степенью его дисперсности, при которой наблюдается наибольшая влагосвязывающая способность.

Конденсационные структуры обладают наибольшей прочностью ри данной степени заполнения объема, но после разрушения, также как и кристаллизационные, не восстанавливаются и явля­ется скорее хрупкими, чем пластичными. Они образуются из коагуляционных структур при полном удалении жидкой фазы и срастании частиц. В процессе образования их прочность постепенно увеличивается, оставаясь затем постоянной.

Кристаллизационные структуры образуются из расплава при повышении, из раствора при повышении концентрации или охлаж­дении путем срастания частиц или молекул при активном химическом взаимодействии. Они характеризуются наличием пространственной кристаллической решетки, прочность которой за­висит от формы кристаллов. Вначале образуется наименее проч­ная и наименее термодинамически устойчивая кристаллическая форма, с течением времени переходящая в более прочную и тер­модинамически устойчивую форму.

Измельченное рыбное сырье имеет структуру коагуляционного типа, которая характеризуется относительно слабыми силами сцеп­ления между частицами или белковыми молекулами (прерывная дисперсная фаза) через тончайшие водные прослойки в местах контакта (непрерывная фаза). Прерывная дисперсная фаза в из­мельченном сырье представлена белковыми частицами и агрегата­ми, частицами жира, мельчайшими обрывками мышечной и жи­ровой ткани, непрерывная фаза — водным раствором некоторых мышечных белков, других органических соединений и электроли­тов. Белки, растворенные в непрерывной фазе, придают измель­ченному сырью пластичность и липкость. При образовании коагуляционных структур в рыбных продуктах значительную роль игра­ют поверхностно-активные вещества и растворенные в воде белки, которые выступают в качестве эмульгаторов и стабилизато­ров образуемых систем.

Вид структуры сырья обусловливает качественные показатели готового продукта, определяет его поведение в процессах техноло­гической переработки и влияет на количественные характеристи­ки (коэффициенты переноса), режимные параметры процессов и конструктивные особенности рабочих органов оборудования.

Основной компонент в составе гидробионтов и приготовлен­ных на их основе продуктов — вода. Содержание и состояние вла­ги в продукте определяют в значительной степени его органолептические, структурно-механические свойства, а также безопас­ность при употреблении. Для оценки состояния воды как растворителя в мясе рыбы, степени связывания молекул воды мо­лекулами растворенного вещества, а также показателя доступнос­ти воды для бактерий используют показатель активности воды #_w, который определяют как отношение парциального давления водя­ного пара над поверхностью продукта р к максимально возможно­му его давлению — «насыщенному» /?₀ при той же температуре

Для дистиллированной воды a_w— 1, для абсолютно обезвожен­ного продукта — a_w = 0.

В гигроскопической области уменьшение свободной энергии, или энергии связи влаги Д/\ равно химическому потенциалу

где R— универсальная газовая постоянная: Т— температура, К.

при снижении активности воды энергия связи влаги с матери­ном увеличивается, поэтому микроорганизмам становится

сложнее использовать ее для своих биологических целей. Для каждого вида микроорганизмов существуют максимальные, минимальные

оптимальные уровни значения a_w. Минимальные значения a_w л: я некоторых бактерий приведены ниже.

Микроорганизм a_w

Pseudomonas tumefaciens 0,96

В. mesentericus 0,955

В. vulgare 0,96...0,94

В. coli 0,96...0,935

В. subtilis 0,95

В. prodigiosum 0,945

В. aerogenes 0,945

Micobacterium siliacum 0,94

Sarcina species 0,93...0,915

Micrococcus roseus 0,905

Активность воды, содержащейся в тканях свежей рыбы, превы­шает 0,98, что способствует активному развитию бактерий и пле­сени. Уменьшая массовую долю воды в мясе до уровня, при кото­ром ^снижается примерно до 0,7, можно практически полностью остановить гнилостные и ферментативные микробиологические процессы. При низких значениях я^ только небольшое число мик­роорганизмов остается жизнеспособным. Предельное значение массовой доли воды в мясе рыбы при этом составляет 12...14 %.

Кроме этого, активность воды и форма ее связи с продуктом определяют его технологические показатели и физические свой­ства, обусловливают интенсивность протекания процессов обмена веществ и массо-теплопереноса, а также характеризуют способ­ность пищевых продуктов храниться без порчи.

По классификации акад. П. А. Ребиндера различают химичес­кую, физико-химическую и физико-механическую формы связи влаги с материалом. Химическая связь обусловлена ионными или молекулярными взаимодействиями в точных количественных со­отношениях. Влагу удаляют из продукта путем химических реак­ций или прокаливанием.

К физико-химической относятся адсорбционная, осмотическая связи и иммобилизация жидкости. Физико-химическая влага обусловлена адсорбцией влаги в гидратных оболочках или осмо­тическим удерживанием в клетках в нестрого определенных соотношениях. Такую влагу удаляют выпариванием, десорбцией (ад­сорбционная) или за счет разности концентраций (осмотическая). Адсорбционная влага может иметь иные, чем вода, свойства и способствовать диспергированию частиц и пластификации систе­мы. Она присуща структурам коагуляционного типа. Осмотичес­кая влага вызывает набухание тела и свойственна нативным и дис­персным клеточным структурам.

Физико-механическая связь характерна для жидкости макро- и микрокапилляров, жидкости смачивания и пор. Влагу удаляют из продукта выпариванием, прессованием, центрифугированием и т.п. Основная масса воды находится в свободном состоянии и ее свойства не изменяются. При увеличении количества влаги ее из­быток теряет связь с продуктом и самопроизвольно отделяется от него (отстаивание, расслаивание и др.).

В зависимости от доминирующей формы связи влаги продукты разделяют на коллоидные (физико-химически связанная влага — золи и гели, куски рыбы, рыбное филе и пр.), капиллярно-порис­тые (физико-механически связанная влага) и коллоидные капил­лярно-пористые. К последним также относятся измельченное рыбное сырье, фарш и др.

Согласно общей теории переноса акад. А. В. Лыкова влажные материалы представляют собой капиллярно-пористые коллоид­ные тела и принадлежат к классу связно-дисперсных систем, в ко­торых частицы дисперсной фазы образуют более или менее жест­кие пространственные структуры-сетки или каркасы.

С позиций описания процессов переноса массы вещества и теплоты мышечную ткань гидробионтов рассматривают как влажное коллоидное капиллярно-пористое тело. Основу этой структуры составляют кровеносная и лимфатическая системы. Туловищные мышцы вместе с прилегающей к ним рыхлой со­единительной тканью составляют в основном так называемое мясо рыбы.

Клеточная и волокнистая формы структуры придают сырью специфические структурно-механические, теплофизические и диффузионные свойства. Различные свойства тканей гидроби­онтов благодаря особенностям их естественной волокнистой и клеточной структуры в разных направлениях проявляются в неодинаковой степени. В некоторых случаях с разрушением клеточной структуры эффективность процессов переработки повышается.

Наличие в клеточных перегородках жировых включений огра­ничивает процессы переноса теплоты при незначительных повы­шениях температуры, так как подводимая энергия может погло­щаться при плавлении жировых включений. Последнее оказывает влияние на характер распространения теплоты в продуктах.

В процессе переработки (разделка, измельчение, перемешива­ние, нагрев, охлаждение, замораживание, вяление, сушка и т. п.)

температура, влажность, степень дисперсности, кислотность, хи­мический состав гидробионтов изменяются, что весьма суще­ственно влияет на их структуру и может приводить к образованию вторичной структуры, значительно отличающейся от первичной (например, измельченное сырье, фарш, агаровый студень и др.).

При производстве пищевой продукции в сырье добавляют раз­личные компоненты, которые определенным образом влияют на структуру продукта. Кроме этого, в порах находится газовая (воз­дух), паро-газовая и жидкостная фазы, связанные с тканями сы­рья. Свойства объектов переносить вещество и проводить теплоту определяются коэффициентами переноса. Количественные значе­ния этих коэффициентов являются функцией состава, структуры и интегрально отражают свойства гидробионтов и приготовлен­ных на их основе продуктов.

Гидробионты и приготовленные из них продукты сложны по химическому составу и обладают комплексом различных свойств, которые составляют в совокупности качество готового изделия и лолжны быть учтены при расчете технологических процессов и аппаратов и их совершенствовании. Наиболее полное представле­ние о существенных аспектах качества продукта дает группа физи­ческих свойств, которая выявляет их зависимость от биологичес­кого и химического состава и структуры продукта. При этом ха­рактеристики сырья предопределяют основные показатели готовых продуктов.

Таким образом, комплекс постоянно изменяющихся, взаимо-; вязанных и характеризующих структуру гидробионтов функци­онально-технологических свойств позволяет определить их как .ложную многокомпонентную, полифункциональную и биоло­гически активную систему. Изучение, совершенствование извес-тных и разработка новых процессов и оборудования для перера-^готки гидробионтов должны осуществляться во взаимосвязи объект обработки — процесс — оборудование», причем основ--:ой составляющей этой взаимосвязи является объект обработ-»л — гидробионты.