автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка энергосберегающей технологии производства муки для детского питания из рисовой и гречневой круп

На правах рукописи

Елькин Илья Николаевич

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МУКИ ДЛЯ ДЕТСКОГО ПИТАНИЯ ИЗ РИСОВОЙ И ГРЕЧНЕВОЙ КРУП

Специальность 05.18.01 -

«Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

27 МАЙ 2015

005569415

Москва-2015

005569415

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Кирдяшкин Владимир Васильевич

Официальные оппоненты:

Иунихина Вера Сергеевна, доктор технических наук, профессор, НОУ ДПО «Международная промышленная академия», заведующий кафедрой «Пищевых производств»

Шатнюк Людимила Николаевна

Доктор технических наук, профессор, ЗАО «Валетек Продимпэкс»

Ведущая организация:

ФГБНУ НИИ Детского Питания

Защита диссертации состоится «18» Июня 2015 г. в 10.00 часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д.212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. 302, корп. А.

Просим Вас принять участие в заседании Совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».: http://mgupp.ru

Электронная версия автореферата размещена на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки РФ http://vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан «/£ » 2015 г.

Ученый секретарь Совета Д 212.148.03, д.т.н., проф. Г.Г. Дубцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Вопрос ресурсосбережения при производстве продуктов детского питания на зерновой основе играет огромную роль в реалиях современного рынка. Их традиционная технология производства основана на применении варочных аппаратов, пропаривателей. Процесс гидротермической обработки связан с применением большого количества воды, с последующим удалением ее сушкой, и является чрезвычайно энергозатратен.

Создание оборудования нового поколения с использованием кондукгавного и конвекпшого методов подвода энергии нельзя считать достаточно перспективным, так как теплофизические характеристики используемых сред не позволяют передать значительные мощности к обрабатываемому материалу.

Одним из перспективных направлений технологий обработки крупяного сырья является метод ИК обработки.

Важнейшей задачей при производстве продуктов детского питания является их безопасность. Поэтому, использование метода ИК обработки, основанного на быстром нагреве материала до высоких температур, дает возможность получать санитарно чистые стерилизованные продукта, и проводить направленную модификацию биополимеров.

Разработка технолог™, позволяющей направленно менять характеристики продукции является актуальной задачей, т.к. рынку необходимы качественные продукты, а также общая модернизация производственных мощностей.

Степень разработанности темы исследования

Теоретические и научно-практические исследования диссертационной работы основаны на научных трудах отечественных и зарубежных ученых: Казакова ЕД Козьминой Н.П., Pomeranz Y., Koehler Р., A.C. Гинзбург, В.В. Красников ЕМ Мельников, Ю.М. Плаксин и др.

Цель и задачи исследования

• Целью исследования является разработка и внедрение энергосберегающей технологии производства муки для детского питания из рисовой и гречневой круп с улучшенными биохимиескими и качественными характеристиками.

В соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи исследований:

• определить параметры инфракрасного облучения гречневой и рисовой крупы, вызывающие максимальные разрушения зерновки;

. выбрать оптимальные параметры ИК обработки круп (мощность лучистого потока, исходную влажность и время обработки);

• определить изменения структурно- механических свойств гречневой и рисовой круп при данных режимах обработки;

• определить биохимические и микробиологические показатели гречневой и рисовой круп при данных режимах обработки;

• выбрать оптимальные параметры размола полученного продукта;

• определить структурно-механические свойства полученного продукта;

• определить биохимические свойства полученного продукта;

• определить микробиологические свойства полученного продукта;

• определить качественные показатели и потребительские свойства полученной муки;

• обосновать технологический процесс производства мелкодисперсной муки для детского питания;

• разработать исходные требования к ТЗ на линию производства рисовой и гречневой муки для детского питания;

• провести опытно-промышленную проверку нового способа производства муки для детского питания.

Научная новизна работы

Впервые установлены режимы термодеструкции рисовой и гречневой круп инфракрасным излучением, позволяющие повысить его качественные характеристики.

Разработаны технологические приемы термообработки рисовой и гречневой круп для производства продуктов детского питания интенсивным инфракрасным излучением с

перемещением влаги в виде пара.

Определены параметры основных технологических операций производства муки для детского питания из рисовой и гречневой круп с использованием новой технологии.

Определены показатели качества продуктов, произведенных по разработанной новой энергосберегающей технологии. Практическая значимость

На основании экспериментальных исследований предложена энергосберегающая технология производства муки дня детского питания, с улучшенными качественными показателями, которая позволяет снизить энергозатраты по сравнению с традиционной

технологией производства муки

Разработан проект технических условий «мука для детского питания из рисовой и

гречневой круп».

Для практического использования разработанной технологии ООО «ПК Старт» была создана линия для производства муки для детского питания, которая в настоящее время серийно выпускается и имеет техническую документацию.

Проведена совместная опытно-промышленная апробация ФГБОУ ВПО «МГУПП» и ООО «ПК Старт» разработанной технологии и оборудования для производства муки для детского питания.

Технологическая линия внедрена на предприятии ООО ППСП «Нирис» и ООО «СЕВ-07».

Оценка эффективности и риска инвестиций показала, что капитальные вложения окупаются через 12 месяцев, а себестоимость 1 кг крупяного продукта составляет 42,4 рубля.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Технология переработки растительного сырья» ФГБОУ ВПО «МГУПП».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях-Межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров» (Москва, 16-17 апреля 2009 г.); VIII Международной научно-практической конференции «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты», конференция молодых ученых «Инновационные технологии продуктов здорового питания» (Москва, 19 октября 2010 г.)-Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации! Эффективное использование ресурсов отрасли (Москва, 25 ноября 2010 г.); IX Международной научно-практической конференции «Технолопш продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты», конференция молодых ученых «Инновационные технолопш продуктов здорового питания» (Москва, 24-25 ноября 2011г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, а также 3 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит го введения, обзора литературы экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений! Работа изложена на 109 страницах основного текста, включает 38 рисунков и 9 таблиц. Список литературы включает 117 источников российских и зарубежных авторов.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее научно-практическое значение.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре научно-технической литературы систематизированы данные о продуктах детского питания с точки зрения пищевой и биологической ценности. Обобщены и проанализированы явление термодеструкции а так же значимость дисперсности. Представлены способы производства муки для детского питания, а также выявлены основные критерии, обеспечивающие длительное хранение продукции. Приведены достоинства инфракрасной обработки по сравнению с другими методами теплового воздействия. Описаны способы размола, и его влияние на качественные показатели полученной продукции.

На основании анализа научно-технической литературы, выявлена необходимость и целесообразность проведения комплексных исследований по обработке круп с использованием инфракрасного излучения и дальнейшего размола их в мелкодисперсную муку для детского питания. Сформулированы цель и задачи исследования.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводились в лаборатории кафедры «Технология продуктов | функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения» ФГБОУ | ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», в Лаборатории витаминов и минеральных веществ ФГБУ НИИ Питания РАМН, ООО «ПК Старт». Объекты и методы исследования

Структурная схема исследования приведена на рисунке 1.

Крупа

Определение плотности зерновок риса и гречневой круп

Выбор

оптимального

режима V ....... . ..

Исследование изменения биохимических, микробиологических и потребительских свойств полученных круп

Исх. Влажность 6-22%

ИК-обработка, плотность потока 15-40 кВт/мЗ,

Вальцовый станок

Дезинтегратор

Рисунок 1 - Структурная схема проведения исследований Для проведения исследований использовали крупу гречневую ГОСТ 9353-90 и крупу рисовую ГОСТ 16990-88. В качестве методов исследования применяли стандартные методики.

Анализ аналитических, физико-химических и микробиологических характеристик зерна проводили согласно действующей нормативной документации и общепринятых методов исследования.

Оптические характеристики зерна (спектральные коэффициенты отражения поглощения Ах и коэффициент пропускания Тх) определяли на спектрофотометре СФ-26 с приставкой, предложенной Ю.М. Плаксиным.

Статистическую обработку данных осуществляли с помощью программного обеспечения 8(а^1юа 6.0.

Параметры термодеструкции рисовой и гречневой круп исследованы после проведения обработки на экспериментальном стенде (ООО «ПК Старт») ИК-излучением с различной интенсивностью (рис. 2).

Рисунок 2 - Экспериментальный стенд для инфракрасной обработки зернового сырья:

1 - бункер-дозатор с подъемным шибером,

2 - терморадиационные блоки, 3 - продукт, 4 - металлическая сетка, 5 - натяжной барабан, 6 - термопары, 7 регистрирующий электронный блок, 8 -персональный компьютер (ПК), 9 -электродвигатель с частотным регулированием оборотов, 10 - приводной

8/ 7 / б / барабан

Для экспериментального исследования кинетики процесса размола рисовой и гречневой круп и определения режимных параметров размола была создана экспериментальная установка на базе ООО «ПК Старт» (рис. 3).

Рисунок 3 - Экспериментальная установка на базе агрегата У1-РСА-5: Рис. 4. Агрегат размольный У1 - РСА - 5. 1 - загрузочный бункер, 2 - вальцовый станок, 3 - панель управления, 4 - станина, 5 -колесо, 6 - регулируемая опора, 7 - сборник.

Размол зерна проводили на плющильном агрегате, а также на пальцевом дезинтеграторе Я13-60.00 конструкции ООО «Марийагромаш», оснащенного амперметром, показывающим рабочий ток двигателя.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ АНАЛИЗ

Инфракрасное излучение поглощается облучаемым телом, увеличивая интенсивность теплового движения атомов и молекул, что вызывает его нагревание. Исследовано влияние параметров инфракрасной обработки гречневой

и рисовой крупы на изменение структуры получаемого продукта в пределах зоны разрушения материала обработки (термодеструкции).

Исследования проводили на экспериментальном стенде с рисовой и гречневой крупой \У=от 6 до 26%, мощностью лучистого потока Е от 15 до 40 кВт/м2. Критерием оценки механических разрушений, происходящих в крупе мы выбрали плотность получаемого продукта. Изменение плотности зерновки гречневой крупы при различных влажностях и мощностях лучистого потока

Рис. 4. Зависимость плотности зерновки гречневой крупы от мощности лучистого потока и влажности образца

Из графика видно, что для гречневой крупы существуют четкие определенные параметры оптимальной мощности инфракрасного излучения и исходной влажности обрабатываемой крупы при которых плотность получаемого продукта минимальная. Это мощность излучения равная 29-30 кВт при исходной влажности крупы 15%-16%

Дальнейшее увеличение мощности излучения вызывает термический ожог крупы (обгорание) ухудшающие органолептические показатели получаемого продукта (цвет, запах, вкус). Увеличение и снижение исходной влажности крупы от оптимального полученного значения 15-16% вызывает резкое увеличение плотности полученного продукта. Вероятно, в случае снижения исходной влажности это связано с изменением энергии и формы связи воды в зерновке. При увеличении влажности крупы в её капиллярах появляется свободная вода, которая

представлены на рис. 4.

локально испаряется, пар разрушает его, вызывая уменьшение общего давление пара в обрабатываемой крупе.

Таким образом, плотность гречневой крупы при оптимальном режиме инфракрасной обработав составляег-0,55 кг/дмЗ ,т.е. вЗ,5 раза меньше исходной. Изменение плотности рисовой крупы при обработке её инфракрасным

___излучением представлены на

рисунке 5.

Рис. 5. Зависимость плотности зерновки рисовой крупы от мощности лучистого потока и влажности образца

15 20 25 30 35

35 40

Мощность лучистого потока, Е, кВт/м2

■ 1-1,5

55

■ 0,5-1

л с ■ 0-0,5

о

I

га

со

Из графика видно, что плотность зерновки рисовой крупы имеет минимальное значение при обработке её инфракрасным излучением мощностью 34-35 кВт и исходной влажности 17-18%. и составляет 0,7-0,8, т.е. уменьшается в 1,9 раза

Это связано с тем, что в рисовой крупе высшего сорта после шлифования отсутствуют оболочки, которые есть в гречневой крупе. И согласно исследованиям Андреевой A.A., имеется большое число открытых капилляров, что снижает общее давление пара вызывающего разрушение структуры зерновки.

Необходимо отметить, что разрушение структуры рисовой зерновки происходит из-за возникновения большого количества трещин, при этом рисовая крупа становится матово-белой.

Плотность продукта, полученного из рисовой крупы, составляет 0,7-0,8 при мощности облучения 34-35 кВт и влажности 17%-18%.

3.1. Определение температуры разрушения структуры круп в зависимости от их влажности и мощности облучения

Помимо мощности облучения и исходной влажности сырья для осуществления технологии и разработки технологической линии производства муки для детского питания необходимо знать температуру продукта, получаемого при обработке определена температура круп при найденных нами режимах инфракрасной обработки. На рисунке 6 представлены данные по температуре

гречневой крупы при обработке.

температура, °С

■ 1-1,5

■ 0,5-1

■ 0-0,5

Рис. 6. Зависимость плотности зерновки гречневой крупы от исходной влажности и температуры обработки.

Из графика видно, что при минимальной плотности зерновки гречневой крупы 0.55 кг/м3 температура продукта составляет 130-135°С. Рисовый продукт при оптимальных режимах термодеструкции имеет температуру 125-130°С.

Рис. 7. Зависимость плотности зерновки гречневой крупы от исходной влажности и температуры обработки.

Высокая температура нагрева продукта способствует улучшению его санитарного состояния, что важно при производстве муки для детского питания. В тоже время температура получаемого продукта не превышает температур варки | круп острым паром при традиционном способе гидротермической обработки | круп, однако время воздействия этих температур на продукт в 10-12 раз меньше, что способствует сохранению витаминов в продукте.

Проведенные исследования позволили нам выбрать параметры инфракрасной обработки гречневой и рисовой крупы: -гречневая крупа:

Мощность излучения: 29-30 кВт/м2. Исходная влажность крупы: 15-16% Температура нагрева продукта: 130-135°С. Время обработки: 35-40с. Темперирование: 4-5 миннут. Влажность продукта после обработки: 7,0-7,5% | -рисовая крупа:

Мощность излучения: 34-35 кВт/м2. ! Исходная влажность крупы: 17-18% I Температура нагрева продукта: 130-135°С. Время обработки: 30-35с. Темперирование: 3-4мин. Влажность продукта после обработки; 7,5-8,0%

Время темперирования (томления) рисовой крупы меньше чем гречневой, что связано с пожелтением её при длительном воздействии высоких температур.

3.2. Характеристика продуктов, полученных по разработанным параметрам инфракрасной обработки.

Влияние термодеструкции на микроструктуру гречневого продукта

Микрофотографии центральной части эндосперма гречневой крупы, представленные на рис. 8 и 9, показывают, что крахмальные гранулы правильной овальной формы при обработке увеличиваются в размерах, разрываются крахмальные цепи, наблюдается разрушение крахмальных гранул и потеря ими монолитной упорядоченной структуры.

Рис. 8. Гречневая крупа до обработки Рис. 9. Гречневая крупа после

обрботки

Инфракрасная обработка превращает крупу в хрупкое тело, пронизанное макро- и микротрещинами, хорошо видимыми при обычном оптическом увеличении. Особенно хорошо это явление наблюдается у рисовой крупы, которая при обработке из стекловидного прозрачного тела превращается в оптически непрозрачную крупу белого цвета.

3.3. Изменение прочности круп

Исследование прочности и величины деформации гречневого и рисового продукта при размоле проводили по методике Наумова И.А.. На рисунке 10. приведены диаграммы разрушения круп.

—♦—1. Гречневая крупа исходная -«—2. Гречневая крупа обработанная -*—3. Рисовая крупа исходная —«—4. Рисовая крупа обработанная

Рисунок 10. Зависимость деформации рисовой и гречневой круп от разрушающего усилия.

Исследования показали, что прочность круп снижается в 3-4 раза.

Исследования проводили на экспериментальном стенде описанном в п. 2.5.3. данной работы.

Так как в крупе наблюдается заметное снижение величины деформации, очевидно, что зерновка после термообработки приобретает хрупкие характериистики. При этом наблюдается заметное снижение разрушающего усилия. Для гречневой крупы пластичные характеристики выше, чем для рисовой. Это объясняется тем, что рисовая крупа лишена оболочек, и имеет более хрупкие свойства.

3.4. Декстринизация и клейстеризация крахмала

Крахмал является основным углеводом крахмалосодержащего сырья, применяемого для производства варено-сушеных круп. В процессе термодеструкции при интенсивной инфракрасной обработке, он подвергается модификации описанной многими исследователями. Происходит термическая декстринизация и

клейстеризация полисахарида. Однако в условиях недостаточного увлажнения клейстеризация протекает при температурах 100°С и выше.

Проведены исследования влияния интенсивной инфракрасной обработки на степень клейстеризации и декстринизации крахмала, гречневой и рисовой круп после обработки.

Изменение содержания декстринов и степени клейстеризации крахмала показаны на Рис. 11, 12.

£ --

В 40---——-

ш

с 0 —^—■—

Гречневая Рисовая

■ Исходная крупа

■ Комплексно обработанная крупа

Рисунок И. Степень декстринизации крахмала Рисунок 12. Степень клейстеризации

Начальное содержании декстринов в крупах имеет разные значения, что связано с режимами ГТО при получении, гречневой и рисовой круп. Количество декстринов при обработке увеличивается до 7,0% и 4,0%. Более эффективно инфракрасная обработка воздействует на крахмал. Степень клейстеризации крахмала при комплексной тепловой обработке у рисовой крупы имеет максимальные значения.

Вероятно, что причиной этого является совокупность факторов, таких как специфические отличия крахмала исследуемых круп, а также особенности терморадиационных (оптических) характеристик обрабатываемого сырья, которые влияют на достигаемые значения температуры при интенсивной инфракрасной обработке перловой, гречневой и рисовой крупы.

Гречневая Рисовая

■ Исходная крупа

■ Комплексно обработанная крупа

3.5. Доступность крахмала действию ферментов

Изменение структурно-механических свойств крупы, модификация крахмала при различных способах ГТО повышает атакуемость его амилолитическими ферментами. Доступность, усвояемость и калорийность круп определяют их пищевую ценность.

Исследована кинетика процесса высвобождения глюкозы у исходной и обработанной гречневой и рисовой крупы.

Исследования показали значительное повышение скорости перевариваемости крахмала при данном способе инфракрасной обработки (рис. 13.).

Рисунок 13. Влияние комплексной обработки на

количество высвобождаемой глюкозы в крупах

Продолжительность инкубации, мин

■ 2 - Гречневая крупа & 3 - Рисовая крупа Ж 2' - Обработанная гречневая крупа • 3' - Обработанная рисовая крупа

Атакуемость модифицированного крахмала полученных продуктов резко возрастает за счет большой доступности его действию фермента (глюкоамилазы). С увеличением времени выдерживания суспензии (размолотая крупа + вода + фермент) количество глюкозы возрастает прямо пропорционально времени и достигает после 60 минут инкубирования 127, 143 и 153 мг/г для перловой, гречневой и рисовой круп. Исследования показали, что скорость переваривания крахмала в желудочно-кишечном тракте увеличивается в 6 -10 раз.

3.6. Влияние разработанного режима на функциональные свойства круп

Крупяное сырье является источником пищевых волокон, которые в государственном стандарте относятся к функциональным пищевым ингредиентам. Содержание пищевых волокон в крупе зависит от их содержания в исходном сырье и технологии переработки зерна в крупу, так как основная масса пищевых волокон сосредоточена в периферийных частях зерновки.

К числу наиболее значимых функционально физиологических свойств пищевых волокон относят водопоглотительную, водоудерживающую способности,

ионообменные и сорбционные свойства.

Проведены исследования

влияния комплексной обработки (инфракрасной и водно-тепловой) на водопоглотительную и

водоудерживающую способность (рис., 14).

Рисунок 14. Водопоглотительная способность круп

Рисунок 15. Водоудерживающая способность круп Скорость поглощения воды у обработанных рисовой и гречневой круп максимальна в течение первых 5-10 минут и достигает значений 1,5 и 1,7 г/г. В дальнейшем гидратация крупы снижается. Через 30 минут количество поглощенной влаги у обработанных круп в 1,5 - 3,5 раза выше, чем у

■2 - Исходная гречневая крупа ■3 - Исходная рисовая крупа

исходных. Водоудерживающая способность круп возрастает на 12 - 33 %, что связано с увеличенной энергией связи модифицированного крахмала и пищевых волокон с водой.

Крупы, полученные по данной технологии, характеризуются более развитой поверхностью эффективного радиуса пор, что позволяет им накапливать в своей структуре больше воды и благоприятно влиять на протекание ферментативных, ионообменных и других реакций в желудочно-кишечном тракте.

Результаты исследований способности продукта, полученного из

гречневой и рисовой крупы круп, к поглощению красителя метиленового голубого представлены на рис. 16и 17.

Рисунок 16. Количество красителя, связанное продуктами из 1речневой и рисовой крупами при

двухчасовой инкубации

120

Крупа гречневая Крупа рисовая

■ исходная ■ традиционная ■ ИК-обработанная

Анализируемые продукты сравнивались с исходными крупами.

Рисунок 17. Кинетика связывания красителя метиленового голубого гречневой и рисовой крупами

Время инкубации, ч

•2 - Крупа гречневая исходная

•2' - Крупа гречневая ИК-обработанная

■3 - Крупа рисовая исходная

Видно, что связывание зависит от вида крупы, степени модификации веществ, произошедших при инфракрасной обработке. Связывание красителя увеличивается. Инфракрасная обработка приводит к большей доступности и увеличению мест связывания сорбента с красителем.

Начальная скорость связывания метиленового голубого с продуктами, полученными из круп с применением инфракрасной технологии, в 1,5 - 2 раза выше, чем исходных круп. За 30 минут инкубации исходные крупы связывают в 1,5 раза меньше красителя и абсолютное значение этого показателя остается на более низком уровне.

Увеличенная сорбция метиленового голубого, крупами, являющимися энтеросорбентами, как известно коррелирует с сорбцией ими микроорганизмов, в частности, Е. coli.

Таким образом, продукты, полученные по технологии инфракрасной обработки, сорбируют, связывают и выводят из организма значительно большие количества экотоксических веществ и бактериальных токсинов.

3.7. Микробиологические показатели полученных продуктов

Поверхность крупы имеет значительную зараженность патогенной микрофлорой, часто в ней присутствуют и токсичные вещества. Выработанная из зерна крупа отличается от исходного сырья меньшей стойкостью при хранении. О полезности крупяных продуктов можно говорить в том случае, если обеспечивается их безопасность, т.е. отсутствие недопустимого риска, связанного с нанесением ущерба здоровью человека. Санитарно-гигиеническая безопасность, которая обязательна при производстве продуктов детского питания, отсутствие риска, который может возникнуть при микробиологическом загрязнении крупяного сырья, вызываемом бактериями, плесенями и грибами обеспечивается инфракрасной обработкой круп Микробиологические показатели обусловлены тремя группами микроорганизмов: мезофильно-аэробные и факультативные анаэробные микроорганизмы, бактерии группы кишечных палочек (колиформные бактерии),

патогенные микроорганизмы (сальмонелла и т.д.). При, предложенным нами способе обработке круп, ферменты более термоустойчивы, чем микроорганизмы, и когда уничтожены микробы, ферменты из-за малого времени тепловой обработки остаются не инактивированными. Поэтому продукты после термообработки темперируются в течение 3-5минуг в теплоизолированной емкости (термостате). Такие продукты будут стойки при хранении и не подвергаются ферментативной порче.

В работе использованы стандартные крупы, которые соответствовали требованиям ГОСТ по микробиологическим показателям. Было исследовано влияние интенсивной инфракрасной обработай и темперирования на микрофлору рисового продукта, так как по сравнению с гречневой крупой режимы обработки её более мягкие (табл. 1.).

Таблица 1. Влияние интенсивной инфракрасной обработки на микрофлору рисового

продукта

КМАФАнМ, КОЕ/г, Масса продукта (г), в которой не содержится

БГКП (колиформы) Патогенные, в т.ч. салмонеллы

Исходная крупа 3,4-104 1,1 26

После инфракрасной обработки Не обнаружены Не обнаружены Не обнаружены

Стерилизующее действие инфракрасного нагрева объясняется высокой температурой и скоростью нагрева крупяного сырья. Способность микроорганизмами поглощать энергию инфракрасного излучения более эффективно, чем зерно, отмечалась многими исследователями. Если средневзвешенная температура рисовой крупы составляла 125°С, то температура микроорганизмов намного выше.

Мы исследовали кинетику развития микрофлоры в процессе хранения гречневой крупы в герметичной упаковке.

Результаты исследования показали, что при надлежащем хранении крупяные продукты быстрого приготовления можно отнести к продуктам длительного хранения и использовать в качестве Госрезервов пищевой безопасности России. Полученные данные были учтены при составлении ТД на крупы.

3.8. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗМОЛА ОБРАБОТАННЫХ КРУП

3.8.1. Изменение мощности размола в зависимости от фракционного состава полученной муки

Размол полученных термообработанных продуктов из гречневой и рисовой крупы проводили на размольно-плющильном агрегате У1-РСА-5 конструкции ВНИИЗ. Помолы проводились в двух повторностях, изменяя рабочий зазор между вальцами от 25 до 1 Юмкм. Потребляемую мощность рассчитывали по току регистрирующего амперметра.

Исследования показали, что на размол хрупкого разрушенной термодеструкцией рисовой и гречневой крупы вне зависимости от степени помола измельчаемого продукта удельный расход электроэнергии в 1,4-1,.6 раза ниже, чем при размоле крупы, прошедшей гидротермическую обработку традиционным способом. Необходимо отметить, что при размоле круп обработанных инфракрасным излучением удельный расход электроэнергии практически не меняется и остается на уровне 45-50квт при среднем размере частиц от 180 до 80мкм. В тоже время при размоле традиционно обработанной крупы удельный расход электроэнергии возрастал в 1,7 раза, что мы считаем связано с меньшим воздействием на структуру зерновки традиционной тепловой обработки. Уменьшение средних размеров части муки с 80мкм. До 40мкм. Приводит к резкому увеличению удельного расхода электроэнергии до 80квт. И 150квт. соответственно. Визуально наблюдается образование агломератов, так называемых «лепёшек», что приводит к возрастанию усилия в зоне измельчения.

Результаты исследования показали энергетическую целесообразность размола муки до фракции 70-80мкм.

Рис. 18. Показатели удельной поверхности полученной рисовой и гречневой круп после размола до различного фракционного состава.

160

150

140

130

ш 120 х

г НО

ё юо

о

| 90 о

5 80 70 60 50 40

80 100 120 Размер частиц, мкм

180

-Традиционная мука

-обработанная мука

Рис. 19. Зависимость потребляемой мощности от физического размера полученных частиц муки.

Так же нами были проведены исследования по размолу рисовой и гречневой круп на штифтовом дезинтеграторе. Фракционный состав полученной муки

соответствовал заявленному выше, а затраченная мощность на размол была аналогична исследованной на вальцевом станке. Это говорит о целесообразности применения штифтового дезинтегратора для размола ИК-термообработанных круп. Стоит отметить, что возможность применения данного оборудования возникает из-за возросшей хрупкости зерновки.

3.8.2. Сравнительная характеристика структурно-механических и физических свойств рисовой и гречневой муки

Характеристику структурно-механических свойств рисовой и гречневой муки мелкой фракции необходимо знать при проектировании технологических линий производства детской муки, а также продуктов детского питания создаваемых на основе данного ингредиента, так как на них основаны: углы наклона труб гравитационных транспортеров, углы наклона стенок при проектировании бункеров , выпускных устройств и т.д.

Наименование продукта Удельн. Поверхность см2/г Угол естеств. Откоса, ° Средний размер частиц, мкм Сыпучесть, м/с Сила сцепления, Н/м*

Мука рисовая традиционная 1450 42 170-180 0,15 29

Мука рисовая новая 3860 52 70-80 0,12 98

Мука гречневая традиционная 1540 44 170-180 0,15 31

Мука гречневая новая 3210 50 70-80 0,12 91

Таблица 2. Физические свойства полученной муки

Исследования показали, что по сравнению с традиционной мукой размерами 170-180мкм. уменьшается сыпучесть рисовой и гречневой муки в 3.3 и 2,9 раз, угол естественного увеличивается с 42 до 52 рисовой муки и с 44 до 50 гречневой, а сила сцепления в 1,5 раза.

Глава 3.9. КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НОВОЙ МУКИ ДЛЯ ДЕТСКОГО И ДИЕТИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ

3.9.1. Биохимические показатели полученной муки

В таблице 3 приведены такие показатели полученной муки, как степень клейстеризации, степень декстринизации, количество поврежденного крахмала и содержание водорастворимых веществ для различных типов муки. Полученные данные показывают, что мука, полученная по разработанной технологии имеет более высокие показатели вцелом, что говорит об эффективности предложенного способа.

Наименование муки Степень клейстеризации, % Степень дексгр нннзацин, Количество поврежденного крахмала, */• Содержание водорастворимых веществ, %

Гречневая исходная 2,2 1,2 3,5 4,2

Гречневая по новой технологии 40,0 7,0 24,0 26,3

Гречневая по традвпионной технологии 10,6 1,9 8,1 19,1

Рисовая исходная 3,3 1,1 3,1 5,3

Рисовая по новой технологии 37,0 4,0 26,0 34,2

Рисовая по традиционной технологии 12,1 1,4 6,0 23,1

Таблица 3. Биохимические показатели различных видов муки.

3.9.2. Технологические и функциональные свойства полученной муки

Технологические и функциональные свойства продукта играют важнейшую роль в его становлении на рынке. Так, гелеобразующая способность, набухаемость, влагоудерживаюгцая способность и др. показатели, отражают не только функциональные свойства полученного продукта, но и являются косвенным показателем внешнего вида, и органолептики полученного продукта.

В целом, полученные результаты показывают, что по сравнению с мукой полученной по традиционной технологии, новая мука имеет более высокие показатели вязкости, а так же влагосвязывающую способность. Это говорит о том, что полученный продукт вцелом является более однородным, более привлекательным для потребителя, а так же имеет более густую консистенцию, будучи готовым к употреблению. Это является несомненным преимуществом с точки зрения общего качества полученного продукта.

Результаты исследований приведены в таблице 4.

№ Показатель Мука из крупы рисовой исходная Мука из крупы рисовой ик-обр., 70-80 мкм.

1 Гелеобразующая способность, Па 180,0 209,0

2 Вязкость, Пз 0,48 0,60

3 Набухаемость, мл 38 45

4 ЖУС, % 78 197

5 ВУС, % 715 780

6 ВСС,% 47,6 60,0

7 ЖСС, % 563 65,1

Таблица 4. Технологические и функциональные свойства различных видов муки.

5. Опытно-промышленная проверка технологии производства зерна и хлопьев из пророщешюго зерна пшеницы и ржи

На основании разработанных технологических параметров производства муки для детского питания из рисовой и гречневой круп с использованием инфракрасного энергоподвода, и проведенного подбора технологической цепочки, нами были разработаны технология производства муки для детского питания из гречневой и рисовой круп, а так же требования к техническому заданию на линию производства муки для детского питания мощностью 500 кг/ч с использованием инфракрасного энергоподвода. Документы были переданы в ООО «ПК Старт» для разработки конструкторской документации на линию и ее изготовление (приложение 2).

После передачи вышеназванных документов нами был обеспечен авторский надзор за проектированием, изготовлением и монтажом опытно-промышленного образца линии.

Принципиальная схема технологического процесса получения муки для детского питания из гречневой и рисовой круп с использованием инфракрасного энергоподвода, представлена на рис. 19.

Рисунок 19 - Технологическая схема производства муки для детского питания из рисовой и гречневой круп.

26

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана принципиально новая энергосберегающая технология производства муки для детского питания из гречневой и рисовой круп.

2. Определены основные параметры термодеструкции: обработка инфракрасным излучением с плотностью лучистого потока - 32 кВт/м2; температура обработки для риса - 125-130°С, для гречневой крупы 130-135°С;

3. Установлена оптимальные параметры размола круп: фракционный состав 70-80 мкм.

4. Определены технологические приемы производства муки и установлена возможность использования пальцевого дезинтегратора вместо вальцовой размольной системы, что упрощает технологическую схему, а так же удешевляет технологическую линию.

5. Определены биохимические, функциональные и качественные показатели и потребительские достоинства полученных продуктов.

5. Определены физико-механические параметры полученной муки.

6. Разработан проект технической документации на муку для детского питания из гречневой и рисовой круп.

7. Опытно-промышленная проверка показала высокую степень соответствия параметров, режимов и экспериментальных результатов разработанной технологии с реальными условиями работы оборудования.

8. В результате проведенных исследований ООО «ПК Старт» наладило серийное производство линий для производства муки для детского питания из рисовой и гречневой круп, производительностью до 500 кг/ч.

9. экономический расчет показывает снижение себестоимости продукции на 20% по сравнению с традиционной технологической цепочкой. Срок окупаемости линии по производству муки для детского питания из рисовой и гречневой круп составляет 9 месяцев.

10. Проведено промышленное внедрение технологических линий производства муки для детского питания из рисовой и гречневой круп на предприятиях ООО ППСП «НИРИС», Краснодарский Край, и ООО «СЕВ-07», п. Садовый, Самарская обл.

Список работ, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК

1. Рахматуллина Ю. Р., Андреева А. А., Елькин И.Н., Доронин А. Ф. Радиационно-конвективное консервирование пророщенных семян пшеницы и ржи // Пищевая промышленность. - 2012. - № 2. - С. 52-54

2. Елькин И.Н., Андреева A.A., Кирдяшкин В.В. Новая мука детского и диетического назначения //Хлебопродукты. - 2014 - №1. - С.52-54

3.Кирдяшкин ВВ., Андреева АЛ., Елькин И.Н. Особенности производства муки для детского и диетического питания // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2014. - №11-12

Список работ, опубликованных в других изданиях

3. Рахматуллина Ю. Р., Андреева А. А., Елькин И.Н. Способ получения хлопьев из пророщенных злаковых культур // положительное решение о выдаче патента РФ от 25.01.2011 по заявке № 2011102599/13 (003507) Патент России № 2177831. 2012. Бюл. №8.

4. Доронин А.Ф., Рахматуллина Ю.Р., Елькин И.Н. Современные технологии создания продуктов длительного хранения диетического назначения на базе пророщенных семян злаковых культур // Сборник докладов II межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров» / Отв. ред. Ю.И. Сидоренко. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2009. - С. 302-305

5. Доронин А. Ф., Рахматуллина Ю.Р., Елькин И.Н., Андреева А.А. Разработка энергосберегающей технологии получения продуктов функционального назначения из пророщенной пшеницы // Сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты», конференции молодых ученых «Инновационные технологии продуктов здорового питания» /отв. ред. д.т.н., проф. Л.А. Каплин. - М.: ИК МГУПП, 2010. - С. 6162.

6. Рахматуллина Ю.Р., Кирдяшкин В.В., Андреева А.А., Елькин И.Н. Исследование качественных характеристик зерновых продуктов, полученных с применением ИК-технологий // Сборник материалов IX Международной научно-практической конференции «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты», конференции молодых ученых «Инновационные технологии продуктов здорового питания» /отв. ред. д.э.н., проф. Строев В.В. -М.: ИК МГУПП, 2011. - С. 302-303.

7. Елькин И.Н., Андреева А.А., Доронин А.Ф., Кирдяшкин В.В., Елькин Н.В. Патент на изобретение 2372751 Установка для термообработки пищевого материала

8. Елькин И.Н. Андреева А.А., Рахматулина Ю.Р. Патент на изобретение 2464813 Способ получения хлопьев из пророщенных злаковых культур

9. Елькин И.Н., Чернуха Б.А., Синицын А.П., Панфилов В.И., Бодажков И.Н., Козликин А.Т. Патент на изобретение 2522006 Способ выращивания дрожжей.

Summary

Elkin I.N..

The development of energy-saving technology of production of baby food flour.

The presented work solves development a new resource-and energy-saving technology of baby food flour produced of rice and grains, with radiation-convective method. The main parameters of thermal activation of the low grain germination infrared light. The optimal timing of germination thermally activated wheat and rye. Identified technological methods of drying sprouted wheat and rye in two stages: an initial stage - the infrared treatment unilateral irradiation, the second stage - the final drying of the grain convective layer.

Подписано в печать: 9.04.15 Заказ № 1765 Тираж: 100 экз. Типография «ОПБ-Принт» ИНН 7715893757 107078, г. Москва, Мясницкий пр-д, д. 2/1 (495) 777 33 14 www.opb-print.ru