автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка рациональной технологии производства многокомпонентных зерновых хлопьев с повышенным выходом и пищевой ценностью



На правах рукописи

Жирнова Елена Владимировна

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЗЕРНОВЫХ ХЛОПЬЕВ С ПОВЫШЕННЫМ ВЫХОДОМ И ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТЬЮ

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

- 2 ЛЕК 2010

Москва-2010

004616163

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мельников Евгений Михайлович Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Иунихина Вера Сергеевна Доктор технических наук, профессор Черных Валерий Яковлевич

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Всероссийский научно - исследовательский институт зерна и продуктов его переработки»

Защита состоится «16» декабря 2010 г. в Ж ¿О часов в аудитории 302 на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, 11.

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

с"

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП. Автореферат разослан «15» ноября 2010 г. Ученый секретарь Совета

К.Т.Н., доц.

Белявская И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В настоящее время все более популярными становятся зерновые продукты быстрого приготовления, такие как овсяные хлопья «Геркулес» и «Экстра». Подобные продукты начали вырабатывать из крупы других культур: пшеницы, ячменя, пшена и т.д.

Как правило, многие виды крупы, из которых вырабатывают хлопья, имеют низкий выход и пищевую ценность. В процессе шелушения и шлифования зерна удаляется значительная часть белка, витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон и т.д. Например, содержание в ячмене 14,5 г белка в 100 г зерна, а в полученной из нею перловой крупе при выходе 45% белка остается 9,3 г в 100 г крупы, что составляет около 30% использования белка от его содержания в зерне.

Выработка многокомпонентных зерновых хлопьев из различных видов зернового сырья весьма эффективна. Она позволяет использовать широкий круг сырьевых ресурсов, производить продукты с лучшими потребительскими достоинствами и более высокой пищевой ценностью. Кроме того, в смеси можно использовать и менее традиционные для изделий виды сырья (рожь, горох и другие).

Цель и задачи исследования. Целью исследования явилось: разработать рациональную технологию производства

быстроразваривающихся многокомпонентных зерновых хлопьев.

Для осуществления данной цели поставлены следующие задачи:

- разработать рациональную технологию зерновых хлопьев из смеси пшеницы, ржи и ячменя с увеличенным выходом, повышенной пищевой ценностью и потребительскими достоинствами;

- исследовать основные технологические операции, определить оптимальные режимы гидротермической обработки, шелушения и плющения зерна;

определить влияние гидротермической обработки на гранулометрический состав и прочность хлопьев;

- изучить основные факторы гидротермической обработки на эффективность технологического процесса;

- определить параметры обработки зерна с учетом изменения реологических свойств зерна в процессе подготовки к плющению в хлопья;

- определить основные технологические и биохимические показатели полученных продуктов;

- изучить влияние основных технологических операций на микробиологическую обсемененность готовой продукции.

Научная новизна. Обоснована и разработана технология совместной переработки зерна трех культур (пшеницы, ржи и ячменя), предусматривающая выработку многокомпонентных хлопьев с повышенным выходом и пищевой ценностью.

Выявлены основные закономерности, определены параметры гидротермической обработки смеси зерна в зависимости от направлений ее дальнейшего использования.

Научно обоснованы и разработаны технологические схемы и параметры выработки продуктов быстрого приготовления, как из смеси зерна трех культур: пшеницы, ржи и ячменя - основная смесь, так и с дополнительными компонентами.

На основе анализа строения ядра и свойств анатомических частей зерновок пшеницы, ржи и ячменя показано, что операции гидротермической обработки смеси зерна этих культур (степень увлажнения, длительность отволаживания, пропаривания) при определенных параметрах обеспечивают избирательное отделение плодовых и семенных оболочек с сохранением части алейронового слоя, что повышает выход до 90 % от массы смеси зерна и является основой высокого содержания питательных и биологически активных веществ в крупе - полуфабрикате.

Снижение потерь макро - и микронутриентов объясняется, в том числе, исключительно низкой дробимостью ядра, что обеспечивает в процессе шелушения зерна более равномерное отделение плодовых и семенных оболочек практически без потерь эндосперма.

Экспериментально показано влияние гидротермической обработки зерна на перенос минеральных веществ в слоях зерновки.

Исследованы реологические свойства крупы-полуфабриката, направляемого на плющение, выработанного из многокомпонентной смеси зерна, подготовленного при различных параметрах операций применяемой технологии.

Показано влияние различных технологических операций на микробиологическую обсемененность смеси зерна из пшеницы, ржи и ячменя. Установлено, что после соответствующей гидротермической обработки количество микроорганизмов на поверхности крупы-полуфабриката резко снижается.

Практическая значимость. На основании экспериментальных исследований предложена рациональная технология производства многокомпонентных зерновых продуктов из смеси трех культур: пшеницы, ржи и ячменя, с повышенным выходом (до 90% в расчете на очищенное зерно) и пищевой ценностью, установлено, что многокомпонентные хлопья с таким выходом имеют лучшие технологические и потребительские характеристики.

На основании проведенных исследований разработаны технологические схемы, рекомендованы параметры операций, позволяющие получать многокомпонентные хлопья с введением к основной смеси (пшеница, рожь ячмень) дополнительных компонентов (гречневый продел, горох, овес и т.д.), тем самым повышая биологическую ценность готовой продукции.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах: Научно-

практическая конференция «Технология крупяных продуктов вчера, сегодня, завтра» / «Московский государственный университет пищевых производств», 18-20 декабря 2007г; VI Международная научная конференция студентов и аспирантов «Техника и технологии пищевых производств» / « Могилевский государственный университет продовольствия», 24-25 апреля 2008 г.; VI Научно - техническая конференция с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации: эффективное использование ресурсов отрасли» / «Московский государственный университет пищевых производств», 18-19 ноября 2008г.; V всероссийская научно-практическая конференция «Качество продукции, технологий и образования» / «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», 13-14 апреля 2010 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, которые отражают её основное содержание.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, вывода, списка использованных источников и приложений. Диссертационный материал изложен на 137 страницах основного текста, включает 37 рисунков и 28 таблиц. Список литературы состоит из 102 источников российских и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы рассмотрены химический состав и биологическая ценность зерна трех культур: ячменя, пшеницы, ржи и продуктов их переработки. Проведен анализ существующих технологий переработки и ассортимента продуктов, вырабатываемых из зерна выше указанных культур. Рассмотрены принципиальные методы гидротермической обработки (ГТО) зерна.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Материалы и методы исследования.

Исследования проводились в лабораториях кафедр «Технология переработки зерна», «Биотехнология» ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств», испытательной производственной лаборатории ОАО «Московский комбинат хлебопродуктов», в опытно -производственном цехе ОАО "Мельничный комбинат в Сокольниках", микробиологической лаборатории ФГУ «Ростест - Москва».

При проведении исследований использовались образцы рядового зерна ячменя, пшеницы, ржи урожаев 2007,2008, 2009 г.г.

Технический, химический, микробиологический анализ зерна, выработанных хлопьев проводили по методам, предусмотренным действующими на момент проведения исследования ГОСТами.

Крошимость многокомпонентных хлопьев определяли по методике используемой на кафедре «Технология переработки зерна» ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»

2.2. Результаты и их обсуждение.

Как уже было отмечено, актуальными проблемами пищевой промышленности в настоящее время являются: удовлетворение потребности населения в продуктах питания; улучшение их качества; повышение пищевой ценности; разработка новых видов изделий повышенной биологической ценности, сбалансированных по содержанию аминокислот, витаминов, пищевых волокон, минеральных и биологически активных веществ. Решение этих проблем возможно на основе комплексного и рационального использования традиционного сырья.

Одним из способов решения поставленных задач является создание многокомпонентных продуктов.

2.2.1. Изучение влияния различных этапов подготовки зерна к плющению.

В ходе исследований был дан сравнительный анализ поведения зерна ячменя, пшеницы и ржи как по отдельности, так и при совместной подготовке этих культур к плющению.

Изучено влияние длительности шелушения на изменение массы ячменя, пшеницы и ржи при различных параметрах подготовки зерна. Установлено, что при увлажнении, отволаживании и пропаривании изменение массы зерна различных культур в единицу времени, кроме нешелушеного зерна ячменя, достаточно близко. Показана целесообразность предварительного шелушения ячменя с отделением от 5% до 10% цветковых пленок. Пшениц)', рожь и шелушенный ячмень (до выхода 95%) можно шелушить в смеси.

Рисунок № 1

Изменение массы зерна в зависимости от длительности шелушения

При производстве многокомпонентных хлопьев из основной смеси необходимо учитывать реологические свойства каждого компонента.

Исследованы реологические свойства крупы, подготовленной к плющению. Установлено, что наибольшая деформация зерна ячменя, пшеницы и ржи наблюдается при увлажнении, отволаживании и пропаривании. Кроме

того, поведение зерна при такой обработке достаточно близкое. Что позволяет совместно зерно трех культур подвергать ГТО в смеси перед плющением (Рис. 2).

Рисунок № 2

Зависимость толщины зерна от оказываемой на него силовой нагрузки

Нагрузка, Н

чо тг оо оо ос~

Г1 О 1Л N оо" о о

<4 Г- ^ — N М П ^ ^

•1 рожь

увлажненная+пропарен ная W=27%, М 8 часов: Р=0,15 Мпа, й1роп=5 мин

-2 пшеница

увлажненная+пропарен пая №=27%, 1=18 часов; Р-0,15 Мпа, 1проп=5 мин

■3 ячмень

увлажненный+пропарен ный \У=27%,Г=18 часов; Р=0,15 Мпа, 1проп=5 мин

Определены коэффициенты восстановления для трех культур, характеризующие увеличение толщины хлопьев, после снятия нагрузки. Было выявлено, что с увеличением влажности коэффициент восстановления уменьшается, но не значительно. Коэффициент восстановления для пшеницы близок к значению 1,4, для ячменя - 1,5, для ржи - 1,3, что подтверждает близкие реологические свойства компонентов подвергнутых ГТО.

Ячмень, пшеницу, рожь, а также смесь этих культур подготовили к плющению одинаковым способом. Затем определяли гранулометрический состав полученных хлопьев. На рисунке 3 показано, что есть различие между культурами и их смесью в количестве крупной фракции хлопьев (сход с сита 04,5мм), что обусловливается в первую очередь размерами зерна. При этом наблюдается одинаковое количество мучки и крошки (проход сита 03мм). При искусственном разрушении хлопьев оказалось, что их прочностные свойства практически одинаковы, а их фракционный состав меняется не существенно.

Рисунок 3

Гранулометрический состав хлопьев из ячменя, пшеницы, ржи, а также их смеси, полученных при одинаковой обработке зерна

к

о

сг и

св «

л В

с §

0 1\¥=25%,1=13ч, р=0,15 Мпа Рожь

■ 2W=25%,t=13ч, р=0,15 Мпа 11шеница

□ 3\У=25%,1=134, р=0,15 Мпа Ячмень

□ 4\\/=25%Д=13ч, р=0,15 Мпа Смесь

сход с сита -/4,5

80 70 60 50 40 30 20 10 0

до определения крошимости

после определения крошимости

6

* 5 к

£ 4 %

О "I в н о

й 2 (Г

к

4 1 1

0

до определения после определения

крошимости крошимости

На основании представленных выше данных была предложена технологическая схема получения многокомпонентных зерновых хлопьев с повышенным выходом и пищевой ценностью.

Технологическая схема, представленная на рисунке 4, позволяет получать многокомпонентные хлопья с выходом до 90%.

.сита 3,0/-

В1\у=25%,1=13ч,р =0,15 Мпа Рожь

■ 2\У=25°/оД=13ч,р =0,15 Мпа Пшеница

□ 3\У=25%,1?=13ч,р =0,15 Мпа Ячмень

□ 4 \\'=25%,1= 1 Зч,р =0,15 Мпа Смесь

Рисунок 4.

Схема технологии выработки многокомпонентных зерновых хлопьев

1 - бункера

2 - дозаторы

3 - воздушно - ситовой сепаратор

4 - камнеотделитель 5■концентратор

6 - триер

7 - накопительный бункер

8 - шелушильная машина

9 - аспиратор

10 - увлажнительная машина

11 - пролариватель

12 - сушилка

13 - накопительный бункер

14 - шелушильная машина

15 - аспиратор

16 - плющильный станок

17 - сушилка - охладитель

Технологический процесс производства многокомпонентных зерновых хлопьев включает очистку компонентов смеси (ячменя, пшеницы и ржи) от гтримесей, предварительное подшелушивание ячменя, смешивание компонентов смеси, увлажнение, отволаживание, пропаривание, подсушивание, охлаждение, шелушение смеси зерна до заданного выхода, возможную повторную обработку крупы с последующим её плющением в хлопья.

2.2.2. Влияние гидротермической обработки зерна на показатели качества многокомпонентных хлопьев.

Установлено, что многокомпонентную зерновую смесь следует увлажнять до влажности 20 - 25%, а отволаживание вести в течение 10-12 часов.

Выявлено, что режимы пропаривания оказывают значительное влияние на гранулометрический состав хлопьев. Снижение давления пара (до 0,1 МПа) при длительности пропаривания 5 минут приводит к существенному увеличению доли крупной фракции хлопьев.

Выбор режимов увлажнения и отволаживания многокомпонентной смеси зерна при её подготовке к плющению проведен с помощью полного факторного эксперимента ПФЭ -23. Степень предварительного увлажнения варьировалась в диапазоне 20 и 25% (XI), длительность отволаживания - 4 - 16 часов (Х2), пропаривание в течение 5 минут при давлении пара 0,1 - 0,2 МПа (Х3). Оптимизацию процесса вели по выходу крупной фракции многокомпонентных хлопьев - схода с сита 04,5мм (У1). На основании полученных данных было рассчитано следующее уравнение регрессии:

У = 71,65 -6,78*Х] - 5,23 *Х2- 1,61*Х3 -5,39* Х,*Х2 + 2,99*Х,*Хз-4,11*Х2*Хз-5,28*Х,*Х2*Х3

Коэффициенты уравнения при факторах оптимизации значимы. На выход крупной фракции многокомпонентных хлопьев влияют все три параметра, но пропаривание в меньшей степени. Из полученного уравнения регрессии следует, что повышение параметров ГТО приводит к уменьшению выхода крупной фракции многокомпонентных хлопьев.

При выработке многокомпонентных хлопьев рекомендуется смесь зерна, очищенную от примесей, доводить до влажности не более 20 % и отволаживать в течение 16 часов, пропаривать при давлении пара 0,1 МПа в течение 5 мин. Пропаренное зерно подсушивать до влажности 20 %, охлаждать, шелушить. На заключительном этапе из полученных хлопьев удалять крошку и мучку, хлопья подсушивать до влажности 12-14 %, обеспечивающей стабильный процесс хранения.

Установлено, что темперирование в течение 1 часа 30 мин и дополнительное увлажнение зерна на 2% с повторным отволаживанием в

течение 30 минут положительно влияет на выход крупной фракции многокомпонентных хлопьев.

Дополнительное увлажнение зерна с повторным отволаживанием увеличивает стойкость многокомпонентных хлопьев к разрушению (Рис. 5).

Рисунок 5

Влияние процесса темперирования и дополнительного увлажнения с повторным отволаживанием на выход крупной фракции и стойкость многокомпонентных хлопьев к разрушению

до определения крошимости

после определения крошимости

□ 1 W=19%;t0TB.= 14 ч; 1>-

0,1 Мпа, t=5 мин

И2 \У=19%; 1отв.=14 ч; Р= 0,1 Мпа, 1=5 мин; темперирование 1 ч 30 мин

ВЗ \У=19%; Ютв.= 14 ч; Р= 0,1 Мпа, 1=5 мин; \Удоп.= 2%, Ютв.=30 мин.

до определения крошимости

после определения крошимости

□ 1 W=19%; toTB.= 14 ч; Р=0,1 Мпа, t=5 мин

Ш2 W=19%; t0TB.=14 ч; Р= 0,1 Мпа, t=5 мин; темперирование 1 ч 30 мин

3 W=19%; ютв.= 14 ч; Р= 0,1 Мпа, t=5 мин; \Удоп.= 2%, Ютв.=30 мин.

2.2.3. Влияние выхода крупы на гранулометрический состав и прочность многокомпонентных хлопьев

С целью возможного повышения эффективности процесса производства подготовленную смесь шелушили до выхода 90%, 85%, 80%. Установлено,

что с уменьшением выхода ядра в хлопьях увеличивается количество крошки и мучки, снижается прочность, а также снижается пищевая ценность. Таким образом, выход хлопьев 90% обоснован минимальным содержанием в продукте крошки и мучки, меньшей крошимостью, большим содержанием крупной фракции (Рис.6).

Так же было установлено, что шелушение многокомпонентной смеси перед ГТО негативно влияет на качество хлопьев. При механических воздействиях хлопья в большей степени разрушаются, поэтому следует подготавливать зерно без предварительного шелушения (кроме ячменя).

Рисунок 6

Многокомпонентные хлопья

2.2.4.Физико - и биохимические свойства многокомпонентных зерновых

хлопьев.

Пища является единственным источником энергии и строительного материала для формирования сложных структур организма. В связи с этим питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье

населения. Пища для человека служит источником белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон. Особую роль в организме играют незаменимые пищевые вещества, которые не синтезируются в организме человека и должны обязательно поступать с продуктами питания.

Как известно, содержание массовой доли минеральных веществ и их распределение по слоям в зерновке любой культуры неодинаково. Рассмотрена вероятность переноса минеральных веществ внутри зерновки под действием ГТО. Образцы трех зерновых культур - ячменя, ржи, пшеницы были подготовлены тремя способами:

1) пропарены при давлении 0,15 МПа в течение 5 мин;

2) увлажнены до влажности 25%, длительность отволаживания 16 часов, пропарены при давлении 0,15 МПа в течение 5 мин;

3) увлажнены до влажности 25%, длительность отволаживания 16 часов.

Подготовленное зерно пшеницы, ржи и ячменя подвергали шелушению с контролем снятия массы зерновки в интервале до 10%, 10% - 20%, 20% - 30%. Затем определялась зольность. Результаты представлены на рисунке 7.

Как показали полученные результаты, существенных различий в содержании и изменении массовой доли минеральных веществ не замечено. Но во всех случаях подготовки для всех видов зерна можно отметить некоторое снижение зольности в наружных слоях оболочек (пленок), хотя заметного переноса этих веществ в эндосперм практически не отмечено. Содержание минеральных веществ в крупе - полуфабрикате с выходом 70 % практически одинаково для всех случаев подготовки зерна к плющению.

Рисунок 7.

Изменение зольности разных слоев зерновки при различных способах

обработки

изменение зольности оболочек ячменя

—•— Ячмень 1 Проп.

••-е— Ячмень 2Проп.+Увлаж.

—•— Яммень ЗУвлажн

■ • ■■ Ячмень Аисх. зерно _

процент внятых оболочвк

изменение зольности оболочек ржи

-—♦— Рожь 1 Проп. ... Рожь 2Проп +Увпаж.

—»- Рожь ЗУвлажн —*— Рожь 4исх. зерно

10-20 % 20-30 % крупа выход 70%

процентонятыхоболочек

изменение зольности оболочек пшеницы

—•— Пшеница 1 Проп. —•—Пшеница 2Проп +Увлаж. —•— Пшеница ЗУвлажн —*»—- Пшеница 4исх. зерно

ДО Ю °/о 1О-20 % 20-30

процент снятых оболочек

крупа выход 70%

2.2.5. Исследование аминокислотного состава многокомпонентных хлопьев

в зависимости от рецептур.

Основными компонентами многокомпонентных хлопьев является

зерно трех культур: пшеницы, ржи и ячменя. Как известно, из перечисленных

культур наименьшую пищевую ценность имеют продукты переработки

пшеницы, наиболее высокую - ржи. Однако различия между этими

культурами не столь существенны, поэтому для повышения пищевой

ценности возможно использование других культур, имеющих более высокие

16

показатели пищевой ценности, в частности горох или овес.

В таблице 1 представлены данные процентного соотношения компонентов смесей.

Таблица 1

Процентное соотношение компонентов смеси для производства многокомпонентных хлопьев.

Культура Состав смеси, %

Образец 1 Образец 2 Образец 3

Ячмень 33,3 27,7 27,7

Рожь 33,3 27,7 27,7

Пшеница 33,3 27,7 27,7

Овес - 16,9 -

Горох - - 16,9

Образцы зерновых культур были подготовлены тремя способами.

1 способ: три культуры: предварительно подшелушеный ячмень до выхода 95%, рожь, пшеницу в равноценном соотношении - увлажняли до влажности 22,5 %, отволаживали в течение 16 часов, пропаривали в течение 5 минут при давлении 0,1 МПа, подсушивали, шелушили до выхода крупы 80-85% (по отношению к очищенному от примесей зерну), повторно пропаривали в течение 5 минут при давлении 0,05 МПа;

2 способ: к зерну, подготовленному выше указанным способом, добавляли компонент овсяную крупу в количестве около 17%, дополнительно увлажняли полученную смесь до влажности 24%, повторно пропаривали при тех же режимах.

Третий способ отличался от второго вводом в смесь гороховой сечки. Для представленных выше образцов был сделан расчет аминокислотного скора по литературным данным, также образцы проверялись на фактическое содержание незаменимых аминокислот в смеси. Результаты представлены в

таблице 2.

Таблица 2.

Содержание незаменимых аминокислот в многокомпонентных хлопьях в зависимости от состава смеси, в процентах удовлетворения суточной потребности на 100 г

Незаменимые аминокислоты Расчетный аминокислотный скор, % Фактический аминокислотный скор, %

Способ Способ

1 2 3 1 2 3

всего, в т.ч. 14,19 14,12 14,53 16,02 15,32 16,25

Триптофан 12,32 12,95 12,66 14,12 14,20 13,16

Лейцин 14,82 14,74 15,09 15,42 15,02 18,12

Изолейцин 18,12 17,71 17,52 18,42 18,12 22,40

Валин 13,79 14,27 14,66 17,03 15,20 15,46

Треонин 16,98 16,49 16,22 17,90 17,43 17,30

Лизин 9,89 10,00 13,65 10,10 12,03 14,94

Метионин 6,49 6,20 5,57 7,90 7,45 7,30

Фенилаланин 21,08 20,63 20,92 27,30 23,10 21,30

Смеси из различных культур имеют более сбалансированный аминокислотный состав, чем белок зерна отдельных культур.

Сравнивая полученные из таблицы 2 данные расчетных показателей и фактических, можно сделать следующее заключение, что применение технологии производства многокомпонентных зерновых продуктов быстрого приготовления обосновано, т.к. наряду с увеличением выхода до 80-85% повышается и биологическая ценность полученного продукта. За счет ввода того или иного компонента можно влиять на сбалансированность

аминокислотного состава белка зерновых смесей.

18

2.2.6 Влияние этапов подготовки зерна к плющению на

микробиологические показатели качества в процессе хранения.

Зерно богато питательными веществами, которые при определенных условиях становятся благоприятной средой для развития микрофлоры, ухудшающей его качество при хранении. Для исследования изменения микробиологической обсемененности в процессе хранения, в зависимости от обработки зерна перед плющением, была подготовлена основная смесь зерна. Смесь была подготовлена следующим образом:

1 образец - увлажнение до влажности 22 %, отволаживание в течение 12

часов;

2 образец - пропаривание при давлении пара 0,1 МПа в течение 5 мин.;

3 образец - шелушение смеси зерна до выхода 90%;

4 образец - увлажнение до влажности 22 %, отволаживание в течение 12 часов, пропаривание при давлении пара 0,1 МПа в течение 5 мин., подсушивание зерна до влажности XV = 22%, охлаждение, шелушение смеси зерна до выхода 90%.

Анализ микробиологических показателей в процессе хранения в зависимости от способов обработки зерна представлен в таблице 3.

Патогенные бактерии и бактерии группы кишечной палочки не были обнаружены. При увлажнении и отволаживании зерна значительно увеличивается рост микроорганизмов. При пропаривании большая часть микроорганизмов погибает и в процессе хранения их количество находится в пределах допустимых норм (СанПин 2.3.2.1078-01). При комплексной обработке показатели КМАФАнМ и количество плесеней понижаются по сравнению с контрольным образцом и незначительно увеличиваются по истечении 90 суток.

Таблица 3.

Изменение микробиологических показателей в процессе хранения в зависимости от обработки зерна

КМАФАнМ, Плесени,

Способ КОЕ/г *103 КОЕ/г

0 сут. 90 сут. 0 сут. 90 сут.

Контроль 200 280 1100 1250

Увлажнение до \У=22%, 1от„= 12 часов 800 1500 2000 6000

Пропаривание при Р=0,1 МПа, г=5мин 5,0 20 30 150

Шелушение до В=90% 200 1200 1100 1300

Увлажнение до \У=22%;

пропаривание при Р=0,1 МПа, 1пр0„.=5мин; шелушение до В=90% 10 35 50 180

2.3. Промышленная апробация и внедрение результатов исследований.

В условиях производства ОАО «Мельничный комбинат в Сокольниках» были проведены производственные испытания по выработке многокомпонентных зерновых хлопьев. Акт производственных испытаний представлен в диссертации.

На основании исследования разработаны рекомендации по производству многокомпонентных зерновых хлопьев на ОАО «Мельничный комбинат в Сокольниках».

3. Выводы и рекомендации.

1. Разработана эффективная технология производства многокомпонентных зерновых хлопьев с повышенным выходом и пищевой ценностью, а также высокими потребительскими достоинствами.

2. Установлен рациональный выход готового продукта -многокомпонентных зерновых хлопьев порядка 90% (в расчете на очищенное зерно), при этом хлопья имеют наиболее привлекательный вид, равномерный

гранулометрический состав, малое содержание крошки и мучки (проход сита диаметром 3,0 мм не более 5%), длительность варки в течение 3-4 минут.

3. Исследованы зависимости толщины получаемых хлопьев ог реологических свойств полуфабриката и показано, что наибольшее влияние на толщину оказывает изменение влажности зерна, а также длительность отволаживания.

4. Показано, что рациональные параметры операций могут находиться в широком диапазоне увлажнения зерна, его отволаживания и пропаривания, что позволяет использовать различные варианты технологических схем переработки многокомпонентной смеси зерна в хлопья.

5. При выработке многокомпонентных хлопьев рекомендована следующая последовательность технологических операций и их режимы: предварительная очистка компонентов (ячмень, пшеница и рожь) от примесей, предварительное подшелушивание ячменя до выхода 95 %, смешивание компонентов, увлажнение до влажности 20-23 % и отволаживание в течение 1012 часов, пропаривание при давлении пара 0,1 МПа в течение 5 минут. Пропаренную смесь зерна подсушивать до влажности 20 -23 %, охлаждать, шелушить. На заключительном этапе из полученных после плющения хлопьев удалять крошку и мучку, хлопья доводить до влажности 12-14 %.

Показано, что темперирование зерна после пропаривания в течение 1 - 2 часов, так же дополнительное увлажнение на 2-4% крупы - полуфабриката перед плющением повышает количество крупной фракции хлопьев и увеличивает их прочность.

6. Обосновано применение технологии производства многокомпонентных зерновых хлопьев быстрого приготовления, т.к. наряду с увеличением выхода до 80-90% повышается и биологическая ценность полученного продукта. Доказано, что за счет ввода того или иного компонента можно влиять на сбалансированность аминокислотного состава белка зерновых смесей.

7. Доказано, что для уменьшения микробиологической обсемененности готового продукта рекомендуется применять гидротермическую обработку зерна в следующей последовательности: Увлажнение и отволаживание => Пропаривание, сушка и охлаждение => Шелушение => Плющение => Сушка хлопьев.

8. Разработан проект ТУ на многокомпонентные хлопья быстрого приготовления и не требующие варки с повышенным выходом и пищевой ценностью.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Орехова Е.В., Мельников Е.М. Возможности повышения эффективности технологии хлопьев из ячменя // Материалы научно - практической конференции «Технология крупяных продуктов вчера, сегодня, завтра» » - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2007г. - с. 102 - 105.

2. Орехова Е.В., Мельников Е.М. Влияние увлажнения зерна на выход и качество ячменных хлопьев // VI Международная научная конференция студентов и аспирантов «Техника и технологии пищевых производств» / «Могилевский государственный университет продовольствия», 2008 г. - с.79.

3. Орехова Е.В., Мельников Е.М. Роль технологических особенностей зерна в производстве многокомпонентных зерновых продуктов //Сборник докладов У1-ой Научно - технической конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации: эффективное использование ресурсов отрасли». - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2008.-е. 43

4. Е. Мельников, Г. Панкратов, В. Изосимов, Е. Орехова. Производство многокомпонентных зерновых хлопьев заданного состава и требуемой пищевой ценности // Хлебопродукты. - 2009. - №3 - с. 48 - 50.

5. Орехова Е.В., Мельников Е.М. Возможности повышения эффективности технологии ячменных хлопьев // Хранение и переработка зерна. - 2009. - №6 -с. 63-64.

6. Орехова Е.В. Совершенствование технологии производства ячменных хлопьев // Сборник материалов VII международной научно-практической конференции и выставки «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты». - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2009.-с. 310-313.

7. Орехова Е. Технологические особенности зерна в производстве многокомпонентных зерновых продуктов // Хлебопродукты. - 2009. - №11 - с. 47 - 49.

8. Орехова Е.В. Влияние межвальцового зазора плющильной установки на выход и качество получаемых хлопьев из различных культур // Хранение и переработка зерна. - 2010. - №3 — с. 46 - 47.

9. Мельников Е.М., Орехова Е.В., Генералова Е.А. Ресурсосберегающие технологии производства многокомпонентных зерновых хлопьев // Материалы V всероссийской научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования». - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2010 г.-с. 148-151.

10. Орехова Е.В., Мельников Е.М. Технологии производства ржаных хлопьев /7 Материалы V всероссийской научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования». - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2010 г. - с. 157 - 159.

Summary

Development of rational technology of multicomponent cereal flakes with the advanced yield and nutritive value E.V. Zhirnova

The technology of combined processing of grains of three crops (wheat, roar and barley) involving production of multicomponent cereal flakes with the advanced yield and nutritive value is proved and developed.

The major mechanisms are discovered, the parameters of hydrothermal processing of grain mixture depending on its future use directions are defined.

Подписано в печать 9.11.10. Объем 1,1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 169 Издательский комплекс МГУПП 125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Общая характеристика и химический состав зерна ячменя, пшеницы и ржи.

1.2. Технологии производства продуктов из ячменя, пшеницы и ржи.

1.2.1. Технология производства крупы перловой и ячневой.

1.2.2. Технология производства крупы Полтавской и Артек.

1.2.3. Технология производства крупы из зерна ржи.

1.2.4. Технология производства быстроразваривающихся круп ячменной и пшеничной.

1.2.5. Технология производства хлопьев их различных крупяных культур.

1.3. Влияние подготовки зерна на качество хлопьев.

1.4. Гидротермическая обработка ячменя, пшеницы и ржи.

1.5. Влияние ГТО на физико- биохимические показатели продуктов из пшеницы.

1.6. Прочностные и упруго — пластичные свойства зерна и крупы.

Сегодня в России возделываются практически все виды зерновых культур, однако основную долю в посевах и производстве занимают четыре -пшеница, ячмень, овес и рожь.

Производство крупы - важная отрасль пищевой индустрии. Крупа является ценным и необходимым продуктом питания для населения всех возрастов.

Для производства крупы используют восемь и более зерновых и бобовых культур. При переработке зерна в крупу практически всегда встречались с явным несоответствием количества полученных продуктов и их качеством. Неравномерное распределение в зерновке питательных и биологически активных веществ приводит к тому, что продукты с хорошими потребительскими достоинствами теряют значительную часть белка, витаминов, минеральных веществ в побочных продуктах и отходах. Это свидетельствует о явно недостаточном использовании зерна для пищевых целей.

Многокомпонентные зерновые продукты целесообразно вырабатывать в виде хлопьев, приготовленных из смеси различных культур - пшеницы, ржи, ячменя, овса и других. Тем более что эти культуры близки не только по анатомическому строению, но и сочетаемы по вкусовым достоинствам. Например, производство ржано - пшеничного хлеба. Кроме того, крупа или полуфабрикат для их выработки могут быть получены с большим выходом, чем при выработке готовой традиционной крупы, что приводит к большей сохранности в ней питательных и биологически активных веществ. Таким образом, многокомпонентные зерновые хлопья имеют ряд достоинств и их производство вполне целесообразно.

Выработка многокомпонентных зерновых продуктов из различных видов зернового сырья весьма эффективна. Она позволяет использовать широкий круг сырьевых ресурсов, производить продукты с заданными составом и свойствами. В этих случаях, возможно, добиться лучшей сбалансированности питательных веществ в готовом продукте. Кроме того, в смеси можно использовать и менее традиционные для изделий виды сырья (рожь, горох и другие).

В настоящее время многокомпонентные хлопья вырабатывают либо путем смешивания в заданном соотношении индивидуальных хлопьев, либо путем плющения предварительно составленной смеси различных видов крупы. Но возникают некоторые сложности: во-первых, равномерное смешивание таких плохо сыпучих продуктов как хлопья; во-вторых, существенное различие структурно-механических свойств компонентов. В результате этого при плющении крупы в хлопья образуется большое количество крошки и мучки.

Для получения подготовленной к плющению крупы возможно применение ранее разработанной технологии зерновых хлопьев, которая заключается в существенном увлажнении зерна, его длительном отволаживании, затем пропаривании и подсушивании поверхностных слоев главным образом, пленок и оболочек каждой зерновки. При последующем шелушении зерна получается крупа полуфабрикат практически целая, с малым количеством дробленого ядра. Таким образом, гидротермическая обработка существенно изменяет структурно механические свойства крупы (возрастает её пластичность, которая является необходимым критерием для приготовления продуктов высокого качества). Выход крупы зависит от назначения хлопьев. В случае необходимости выработки хлопьев с большим содержанием пищевых волокон выход крупы может составить 80-85%. При более высоком выходе внешний вид и потребительские достоинства получаемых хлопьев снижаются. '

Следовательно, имеются большие возможности для увеличения ассортимента и выхода хлопьев, повышения их пищевой ценности, а также оптимизации параметров технологического процесса.

Цель и задачи исследования. Основной целью исследования явилось: разработать рациональную технологию производства быстроразвариваюшихся многокомпонентных зерновых хлопьев с повышенным выходом и биологической ценностью.

Для осуществления данной цели поставлены следующие задачи:

- предложить рациональную технологию зерновых хлопьев из смеси пшеницы, ржи и ячменя с увеличенным выходом, повышенной пищевой ценностью и улучшенными потребительскими достоинствами; исследовать основные технологические операции, определить оптимальные режимы гидротермической обработки, шелушения и плющения крупы; определить влияние гидротермической обработки на гранулометрический состав и относительную крошимость хлопьев; изучить основные факторы гидротермической обработки на эффективность технологического процесса;

- определить параметры обработки зерна с учетом изменения реологических свойств зерна в процессе подготовки к плющению;

- определить основные технологические и биохимические показатели полученных продуктов с разным выходом; изучить влияние основных технологических операций на микробиологическую обсемененность готовой продукции.

Научная новизна. Обоснована и разработана комплексная технология совместной переработки зерна трех культур (пшеницы, ржи и ячменя), предусматривающая выработку многокомпонентных хлопьев с повышенным выходом и пищевой ценностью.

Выявлены основные закономерности, обоснованы параметры гидротермической обработки смеси из трех культур (пшеницы, ржи и ячменя) в зависимости от направлений ее дальнейшего использования.

Научно обоснованы технологические схемы и параметры выработки продуктов быстрого приготовления, как из смеси зерна трех культур: пшеницы, ржи и ячменя — основная смесь, так и с дополнительными компонентами.

На основе анализа строения ядра и свойств анатомических частей зерновок пшеницы, ржи и ячменя показано, что операции гидротермической обработки смеси зерна этих культур (степень увлажнения, длительность отволаживания, пропаривания) при определенных параметрах обеспечивают избирательное отделение плодовых и семенных оболочек с сохранением части алейронового слоя, что повышает выход до 85 % от массы смеси зерна и является основой высокого содержания питательных и биологически активных веществ в крупе - полуфабрикате.

Снижение потерь макро - и микронутриентов объясняется, в том числе, исключительно низкой дробимостью ядра, что обеспечивает в процессе шелушения зерна более равномерное отделение плодовых и семенных оболочек практически без потерь эндосперма.

Экспериментально показано, влияние гидротермической обработки зерна на перенос минеральных веществ в слоях зерновки.

Исследованы реологические свойства крупы - полуфабриката, направляемого на плющение, выработанной из смеси зерна, подготовленной при различных параметрах операций применяемой технологии.

Показано влияние различных технологических операций на микробиологическую обсемененность смеси зерна из пшеницы, ржи и ячменя. Установлено, что после соответствующей гидротермической обработки количество микроорганизмов на поверхности крупы-полуфабриката резко снижается.

Практическая значимость. На основании экспериментальных исследований предложена рациональная технология производства многокомпонентных зерновых продуктов из смеси трех культур: пшеницы, ржи и ячменя, с повышенным выходом (до 90% в расчете на очищенное зерно) и пищевой ценностью, установлено, что многокомпонентные хлопья с таким выходом имеют лучшие технологические и потребительские характеристики.

На основании проведенных исследований разработаны технологические ^ схемы, рекомендованы параметры операций, позволяющие получать многокомпонентные хлопья с введением к основной смеси (пшеница, рожь ячмень), дополнительных компонентов (гречневый продел, горох, овес и т.д.), тем самым повышая биологическую ценность готовой продукции.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Российских и международных конференциях и симпозиумах:

Научно-практическая конференция «Технология крупяных продуктов вчера, сегодня, завтра» / «Московский государственный университет пищевых производств», 18-20 декабря 2007г;

VI Международная научная конференция студентов и аспирантов «Техника и технологии пищевых производств» / « Могилевский государственный университет продовольствия», 24-25 апреля 2008 г.;

VI Научно - техническая конференция с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации: эффективное использование ресурсов отрасли» / «Московский государственный университет пищевых производств», 18-19 ноября 2008г.;

VII международная научно-практическая конференция и выставка «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» / «Московский государственный университет пищевых производств», 2009 г.;

V всероссийская научно-практическая конференция «Качество продукции, технологий и образования» / «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», 13-14 апреля 2010 г.