CC BY
31
УДК 593.92+639.27/29
СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ МОРСКИХ ЗВЕЗД К ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ
Е. В. Шадрина, С. Н. Максимова, В. Д. Богданов METHODS OF PREPAIRING SEA STARS FOR INDUSTRIAL PROCESSING
E. V. Shadrina, S. N. Maksimova, V. D. Bogdanov
Разработка технологии промышленной переработки морских звезд является важной задачей, стоящей перед морскими хозяйствами, специализирующимися на выращивании объектов марикультуры. Так, в бух. Северной Приморского края морские звезды патирия гребешковая и эвастерия колючая, являясь хищниками, наносят урон марихозяйству по выращиванию двустворчатых моллюсков. Поэтому актуальным является их удаление с плантаций и дальнейшая переработка. При разработке новых технологий обоснование рациональных технологических режимов позволит снизить затраты на производство готового продукта. С этой целью разработаны способы подготовки морских звезд к промышленной переработке, позволяющие сократить расход энергии при дальнейшем их замораживании. Предложены два способа по обезвоживанию морских звезд: выдерживание живых морских звезд на перфорированной поверхности и ударно-механическое воздействие с последующим выдерживанием на перфорированной поверхности. На основании расчетов энергетических затрат на замораживание при использовании разных способов предварительной подготовки обоснована целесообразность применения комбинированного способа. Рекомендовано ударно-механическое воздействие до размягчения покровной ткани морских звезд в сочетании с последующим выдерживанием на перфорированной поверхности в течение 3-4 ч при температуре 15 град. С. Использование предварительной подготовки морских звезд позволит снизить энергоемкость процесса замораживания на 23,1 %, а при ударно-механическом воздействии с последующим стеканием - на 51,3 %.
морские звезды, предварительная подготовка, обезвоживание, механическое воздействие, количество теплоты, расход энергии
Development of a technology for industrial processing of sea stars is an important task in marine farms focusing on cultivation of marine culture facilities. For example, in the North Bay of the Primorskiy region, sea stars patiria pectinifera and eve-astarias echinosoma cause damage to agriculture by eating mussels. In the development of new technologies, justification of rational technological modes allows to reduce costs in the production of finished products. For this purpose, methods of sea stars preparation for industrial processing have been developed, allowing for the reduction of power consumption during their further freezing.
There are two methods for dehydration of sea stars: exposure of live sea stars on a perforated surface and shock-mechanical impact with subsequent exposure on the perforated surface.
On the basis of calculations of power expenses on sea stars freezing using different ways of their preliminary preparation expediency, the use of the combined method has been substantiated. Shock-mechanical action is recommended before softening the cover tissue of the sea stars, combined with subsequent exposure on a perforated surface for 3-4 hours at a temperature of 15 deg C.
The use of sea stars pretreatment will reduce the energy consumption of the freezing process by 23,1 %, and in case of mechanical impact with subsequent draining-by 51,3 %.
sea stars, pretreatment, dehydration, mechanical action, amount of heat, energy consumption
ВВЕДЕНИЕ
Морские звезды образуют большие скопления в местах огородов марихозяйств и играют существенную роль в жизни донной морской фауны в силу своей численности. Наибольший ущерб морские звезды наносят плантациям по разведению морского гребешка, и, как следствие, возникает вопрос об освобождении от них и о дальнейшей переработке [1].
При разработке технологии промышленной переработки морских звезд целесообразно обосновать способы их предварительной подготовки.
Особенностью биологического строения иглокожих является амбулакральная гидравлическая система, которая служит для движения, дыхания, выделения и осязания и осуществляется амбулакральными ножками. Система наполнена водой под давлением и дает отростки в каждую ножку. На спинной стороне тела располагается мадрепоровая пластинка, представляющая собой фильтр, через который морская вода входит в амбулакральную систему и выходит из нее [2].
Цель настоящих исследований - разработка способов подготовки морских звезд к промышленной переработке, позволяющих уменьшить расход энергии при замораживании.
Исследования проводились в научно-производственном департаменте ма-рикультуры ФГБОУ ВО «Дальрыбвтуз» (пос. Славянка, бух. Северная, Хасанский р-н, Приморский край).
Объекты исследования: морские звезды патирия гребешковая (Patiria pec-tinifera) и эвастерия колючая (Evasterias echinosoma).
В работе использовались физические и математические методы исследований.
Определение массы звезд осуществляли путем взвешивания на лабораторных весах ACOM JW-1 с точностью до сотых долей и настольных весах ACOM PW-200.
Потери массы сырья определялись как отношение массы живой звезды к массе звезды после отделения влаги, выраженное в процентах.
Измерение температуры осуществлялось с помощью электрического термометра Checktemp 1 HI 98509 (погрешность ± 0,2 град. С (-30 до 120 град. C)).
Расчет количества теплоты осуществляли по формуле: Q= СвWo(tнач - W+W q + ^W^ - U
где Q - количество теплоты на замораживание; W0 - масса охлаждаемой воды, кг; W - масса замораживаемой воды, кг; q - удельная теплота кристаллооб-
разования, кДж/кг; Сл - теплоемкость льда, кДж/кгК; tHa4 - температура начальная, град. С; tKp - температура кристаллизации, град. С; tK - температура конечная, град. С.
Для расчета принята исходная масса сырья (морская звезда), равная 1000 кг.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Во время экспериментальных работ в бух. Северной было обнаружено, что после вылова в процессе хранения в емкостях происходит выделение звездами значительного количества биологической жидкости. Морские звезды остаются живыми длительное время (более 48 ч), образуя плотный пласт практически без полостей, а выделившаяся жидкость полностью покрывает поверхность звезд. После удаления жидкости из емкости, спустя некоторое время, вновь наблюдается выделение жидкости. Таким образом, живые звезды, выделяя жидкость из амбулакральной системы, создают себе среду для выживания.
Предварительное выдерживание морских звезд в течение заданного времени или разрушение амбулакральных ножек путем ударно-механического воздействия на покровную ткань с последующим стеканием позволит удалить влагу из амбулакральной системы и полостную (биологическую) жидкость, прекратив, таким образом, самообводнение морских звезд.
Во время исследования было поставлены эксперименты по обезвоживанию живых морских звезд двумя способами: 1-й способ - выдерживание живых морских звезд на перфорированной поверхности; 2-й способ - комбинированный (ударно-механическое воздействие и последующее выдерживание на перфорированной поверхности).
В первом случае звезд выдерживали на перфорированной поверхности при температуре 5, 15, 25 град. С для дальнейшего стекания влаги в течение 16 ч с интервалом измерения массы - 1 ч. Потери массы морских звезд при выдерживании на перфорированной поверхности в течение заданного времени представлены в табл. 1.
Таблица 1. Потери массы морских звезд при выдерживании на перфорированной поверхности при температуре 5-25 град. С в течение 16 ч
Table 1. Sea stars mass loss while keeping on a perforated surface at a temperature of 5-25 degrees within 16 hours_
Температура окружающей Патирия гребешковая Эвастерия колючая
среды, град. С
5 11,9 15,1
15 14,6 18,0
25 22,5 35,0
Как видно из представленных результатов, потери массы морских звезд за счет выделения жидкости у эвастерии колючей составили от 15,1 до 35,0 %, а у патирии гребешковой - от 11,9 до 22,5 %. Полученные различия объясняются строением скелета и составом покровной ткани изучаемых биологических объектов.
При этом величина потерь зависит не только от вида морских звезд, но и от температуры окружающей среды, при повышении которой количество выделившейся жидкости увеличивается.
Следует отметить, что по истечении 8 ч. в условиях эксперимента наблюдалось незначительное изменение массы тела морских звезд, при этом объекты оставались живыми при температуре окружающей среды от 5 до 15 град. С.
При реализации второго способа предварительной подготовки морские звезды подвергались ударно-механическому воздействию до размягчения покровной ткани и последующему выдерживанию при температуре 5, 15, 25 град. С на перфорированной поверхности для удаления жидкости в течение 8 ч с интервалом измерения потерь массы - 1 ч (табл. 2).
Таблица 2. Потери массы морских звезд после ударно-механического воздействия при выдерживании на перфорированной поверхности при температуре 5-25 град. С в течение 8 ч
Table 2. Sea stars mass loss after a mechanical shock with exposure on a perforated surface at a temperature of 5-25 degrees within 8 hours_
Температура окружающей Патирия гребешковая Эвастерия колючая
среды, град. С
5 34,6 38,4
15 36,0 40,0
25 39,8 41,9
Представленные данные показывают, что различия в количестве потерь жидкости у патирии и эвастерии при использовании комбинированного способа меньше, чем при первом способе.
Потери массы за счет выделения жидкости при ударно-механическом воздействии и последующем выдерживании морских звезд на перфорированной поверхности при указанном температурном диапазоне составили: у эвастерии колючей - 38,4-41,9 %, у патирии гребешковой - 34,6-39,8 %. При этом также наблюдалась тенденция увеличения потерь массы морских звезд при повышении температуры.
Анализ приведенных результатов экспериментальных исследований свидетельствует, что рациональным с учетом интенсивности удаления жидкости после механического воздействия является выдерживание морских звезд на перфорированной поверхности при температуре окружающей среды 15 град. С в течение 3-4 ч. Дальнейшее увеличение как температуры, так и продолжительности процесса не приводит к значительному изменению величины потерь массы морских звезд.
Проведенные исследования по удалению жидкости из морских звезд показали, что при рекомендуемом температурном режиме 15 град. Первый способ обработки морских звезд позволил снизить их обводнение на 18 %, а второй -на 40 %.
Таким образом, рациональным способом предварительной подготовки морских звезд к дальнейшей технологической обработке можно считать комбинированный способ, предполагающий ударно-механическое воздействие до размяг-
чения покровной ткани объектов в сочетании с последующим выдерживанием на перфорированной поверхности в течение 3-4 ч при температуре 15 град. С.
На основании полученных экспериментальных данных произведен расчет энергетических затрат на замораживание морских звезд (на примере эвастерии колючей, как наиболее обводненного объекта).
Для расчета приняты следующие исходные данные: содержание воды в морской звезде - 78 %; содержание сухих веществ - 22 %; потери воды при выдерживании живых морских звезд - 18 % от их массы, при ударно-механическом воздействии и стекании - 40 % от массы звезд.
Количество воды, которое необходимо охладить до температуры минус 1 град. С - Wo = 780 кг.
Количество воды, которое необходимо заморозить до температуры минус 18 град. С при замораживании морских звезд без подготовки (выдерживания или ударно - механического воздействия и стекания) рассчитывается следующим образом.
В твердое состояние при замораживании до минус 18 град. С переходит около 85 % всей воды, т. е. W = 780 кг х 0,85 = 663 кг.
Расчет количества теплоты для замораживания морских звезд без подготовки составляет:
Q = 4,19 х780х (5-(-1)) + 663x335,2 + 2,10х663(-1-(-18)) = 265508,9 кДж.
Расчет количества теплоты для замораживания морских звезд с предварительной подготовкой первым способом осуществляется следующим образом.
Количество воды, которое необходимо охладить до температуры минус 1 град. С - W0 = 780 - 180 = 600 кг.
В твердое состояние при замораживании до минус 18 град. С переходит около 85 % всей воды, т. е. W = 600 кг х 0,85 = 510 кг.
Тогда количество теплоты составляет:
Q = 4,19х600х(5-(-1)) + 510 х335,2 + 2,10 х 510 х(-1+(-18)) = 204243,0 кДж.
Расчет количества теплоты для замораживания морских звезд с предварительной подготовкой вторым способом осуществляется аналогично.
Количество воды, которое необходимо охладить до температуры минус 1 град. С, W0 = 780 - 400 = 380 кг.
В твердое состояние при замораживании до минус 18 град. С переходит около 85 % всей воды, т. е. W = 380 кг • 0,85 = 323 кг.
Q = 4,19 х 380х (5-(-1)) + 323 х 335,2 + 2,10 х 323 х(-1+(-18)) = 129353,9 кДж.
Количество теплоты, израсходованной без предварительной подготовки сырья (выдерживания и ударно-механического воздействия с последующим сте-канием), равное 265508,9 кДж, принимаем за 100 %, тогда:
при первом способе расход теплоты - 204243,0 кДж (76,9 %);
при втором способе расход теплоты - 129353,9 кДж (48,7 %).
Сравнительная характеристика полученных результатов расчетов показала, что расход теплоты на замораживание морских звезд при первом способе (после выдерживания живых объектов) составляет на 28,2 % больше, чем при использовании комбинированного способа (ударно-механического воздействия и последующего выдерживания на перфорированной поверхности).
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования по обезвоживанию морских звезд различными способами послужили основанием для выявления рационального способа предварительной подготовки морских звезд перед замораживанием.
На основании расчетных данных можно сделать вывод, что, используя комбинированный способ предварительной обработки морских звезд (ударно -механическое воздействие на покровную ткань с последующим выдерживанием для стекания жидкости), можно получить малообводненное сырье, тем самым снижая энергозатраты на замораживание.
Предварительное выдерживание морских звезд обеспечивает снижение энергоемкости процесса замораживания на 23,1 %, а при ударно-механическом воздействии с последующим стеканием - на 51,3 %.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Шадрина, Е. В. Морские звезды Японского моря как перспективный объект промышленной обработки / Е. В. Шадрина, С. В. Ефремова // Инновации молодых в воспроизводство, рациональную эксплуатацию и переработку водных биологических ресурсов: Отраслевая студенческая научно-техническая конференция (14-16 мая 2014 г.). - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2014. - С. 33-38.
2. Дьяконов, А. М. Морские звезды морей СССР / А. М. Дьяконов. -Москва-Ленинград, 1950. - 205 с.
REFERENCES
1. Shadrina E. V., Efremofa S. V. Morskie zvezdy Japonskogo morja kak per-spektivnyj ob"ekt promyshlennoj obrabotki [Sea stars of the Japanese Sea as a perspective object of industrial recycling]. Innovacii molodyh v vosproizvodstvo, racional'nuju jekspluataciju i pererabotku vodnyh biologicheskih resursov: otraslevaja studencheska-ja nauchno-tehnicheskaja konferencija [Innovations of the young in reproduction, rational exploitation and processing of aquatic biological resources: Branch-specific student research and technical conference (May 14-16, 2014)]. Vladivostok, 2014, pp. 33-38.
2. D'jakonov A. M., Morskie zvezdy morej SSSR [Sea stars of the USSR seas]. Moscow- Leningrad, 1950, 205 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Шадрина Екатерина Васильевна - Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет; аспирант кафедры «Технология
продуктов питания»;
E-mail: [email protected]
Shadrina Ekaterina Vasilevna - Far Eastern state technical fisheries university; postgraduate student, Department «Food Technology»;
E-mail: [email protected] Максимова Светлана Николаевна - Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет; доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Технология продуктов питания»; E-mail: [email protected]
Maksimova Svetlana Nikolaevna - Far Eastern state technical fisheries university; Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department «Food Technology»;
E-mail: [email protected]
Богданов Валерий Дмитриевич - Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет; доктор технических наук, профессор кафедры «Технология продуктов питания»; E-mail: [email protected]
Bogdanov Valeriy Dmitrievich - Far Eastern state technical fisheries university; Doctor of Technical Sciences, Professor, Department «Food Technology»;
E-mail: [email protected]
