автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка технологии экструдирования зерна ячменя и овса для получения муки и мучных кондитерских, хлебобулочных изделий

На правах рукописи

ИВАНОВА ТАТЬЯНА СЕРГЕЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРУДИРОВАНИЯ ЗЕРНА ЯЧМЕНЯ И ОВСА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МУКИ И МУЧНЫХ КОНДИТЕРСКИХ, ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

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

5 ДЕК 2013

005541889

"К 2013

Красноярск 2013

005541889

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Красноярский государственный аграрный университет»

Научный руководитель

Янова Марина Анатольевна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Официальные оппоненты

Мотовнлов Олег Константинович, доктор технических наук, ГНУ «Сибирский научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции» Сибирского отделения Российской академии сельскохозяйственных наук, директор

Струпан Екатерина Анатольевна, доктор технических наук, доцент, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», профессор кафедры «Технологии организации общественного питания»

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится «19» декабря 2013 г. в «9й» часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.03 при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90, тел./факс: 8 (391) 227-36-09; е-таП:с11550Уе1@кеаи.ш

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «18» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета М.А. Янова

V

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Поиск новых видов сырья и способов его обработки является одним из основных направлений развития зерноперерабатывающей отрасли. В Красноярском крае ячмень и овес используют в большей степени на кормовые цели. Ячменная и овсяная мука в производстве мучных кондитерских и хлебобулочных изделий мало востребована. Поэтому применение экструди-рования для получения муки позволяет более широко использовать серые хлеба в пищевой промышленности для производства высококачественных пищевых продуктов для диетического питания, полноценных продуктов здорового питания для человека.

Большой вклад в развитие сырьевой базы и улучшение имеющихся технологий в мучной, кондитерской и хлебобулочной отрасли внесли ученые О.И. Ильина, A.A. Кочеткова, Г.О. Магомедов, А.П. Нечаев, Л.И. Пучкова, Т.В. Савенкова, H.H. Типсина, Т.Б. Цыганова, Л.Н. Шатнюк и др.

Экструдирование максимально сохраняет биологически активные вещества перерабатываемого сырья, позволяет заменить сложное оборудование на непрерывное. Применение технологии экструдирования для получения муки из зерна ячменя и овса дает возможность экономить время, как важный ресурс в условиях современного производства.

Существенный вклад в развитие теории экструзии в пищевой промышленности внесли такие зарубежные и отечественные ученые, как G. Schenkel, E.C.Bernhardt, Z. Tadmor, G.H. Jepson, В.А.Силин, А.И. Жушман, В.Г. Карпов, В.Г. Краус и многие другие. Несмотря на вклад, внесенный учеными, экструзи-онная обработка зерна пленчатых и голозерных форм ячменя и овса не достаточно изучена.

Традиционно среди широкого ассортимента кондитерских и хлебобулочных изделий с использованием овсяной и ячменной муки, вырабатываемых в нашей стране, особое место принадлежит печенью, кексам, булочкам, пользующимся большой популярностью. Однако процесс получения муки из зерна овса и ячменя достаточно трудо- и энергоемок: включает большое количество этапов. Исходя из вышеизложенного, актуальным является поиск нового решения для совершенствования технологии производства муки, мучных кондитерских и хлебобулочных изделий и проведение ряда исследований для выбора и обоснования нового вида сырья и готовых изделий.

Цель диссертационной работы заключается в разработке технологии экструдирования зерна ячменя и овса для получения муки и мучных кондитерских, хлебобулочных изделий повышенной пищевой ценности.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

• Обосновать возможность использования технологии экструдирования пленчатых и голозерных форм ячменя и овса для получения мучных кондитерских и хлебобулочных изделий.

• Изучить технологические свойства сырья для производства муки и исследовать изменение структуры и физико-химических свойств сырья при разных режимах экструзионной обработки.

• Разработать математическую модель изменения физико-химических показателей зерна ячменя и овса после экструдирования и методику её применения для прогнозирования оптимальных технологических параметровэкстру-дирования.

• Разработать универсальную технологическую схему экструдирования зерна ячменя и овса для получения муки.

• Разработать ассортимент мучных кондитерских, хлебобулочных изделий и проекты технических условий к ним.

• Оценить экономическую эффективность производства мучных кондитерских и хлебобулочных изделий.

Научная новизна. Обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования пленчатых и голозерных форм ячменя и овса как нового вида сырья при производстве муки с применением технологии экструдирования. Выявлено влияние технологических параметров экструдирования на изменение органолептических, физико-химических показателей продукта. Разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать параметры технологии производства муки методом экструдирования.

Практическая значимость.

• Разработана аппаратурно-технологическая схема получения муки из зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса с применением технологии экструдирования для производства мучных кондитерских и хлебобулочных изделий.

• Разработаны рецептуры и технологические инструкции на печенье, кексы и булочки с использованием муки из экструдированного зерна пленчатых и голозерных форм ячменя и овса.

• Теоретические и практические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров ФГБОУ ВПО КрасГАУ на кафедре технологии хранения и переработки зерна.

Достоверность и обоснованность полученных результатов. Основные положения, выводы, теоретические и практические разработки, рекомендации, полученные в работе, научно обоснованы, подтверждены экспериментальными данными и апробированы в лабораторных и производственных условиях. Достоверность результатов работы подтверждается достаточным количеством экспериментального материала, адекватным объёмом выполненных исследований, использованием современных методик и оборудования для получения и обработки экспериментальных данных, применением метода математического моделирования.

Личный вклад автора. Автором самостоятельно поставлены цели и задачи, выбраны объекты и методы исследований, разработана программа теоретических и экспериментальных изысканий, лично выполнены, обработаны и проанализированы основные результаты.

Автор защищает: математическую модель изменения физико-химических свойств зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса в зависимости от технологических параметров экструдирования; разработанную универсальную технологическую схему получения муки методом экструдирования; результаты разработки новых рецептур с использованием муки из зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса и оценку экономической эффективности от внедрения.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на международных и всероссийских научных конференциях: Международная школа - конференция «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2011), XII международная научно-практическая конференция «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2012), «Инновационные тенденции развития Российской науки» (Красноярск, 2012), «Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития» (Красноярск, 2012), «Наука, образование, общество: тенденции и перспективы» (Москва, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемом научном издании.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы; включает 36 рисунков, 45 таблиц. Основной текст изложен на 123 листах машинописного текста. Список литературы включает 122 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы ее цель, задачи, указаны научная новизна и практическая значимость.

В первой главе на основе анализа существующих технологий установлена необходимость разработки технологии экструдирования зерна ячменя и овса в муку и получения мучных кондитерских, хлебобулочных изделий на ее основе.

Во второй главе определены направления исследований и дано описание объектов и методов исследования.

Объектами исследования на различных этапах являлись: экструдирован-ное зерно пленчатых и голозерных форм ячменя и овса, мучные кондитерские и хлебобулочные изделия из него.

При выполнении работы использовались общепринятые стандартные и оригинальные методы исследования. Исследования обрабатывались с использованием современных программ для математической обработки данных. При математической обработке данных были использованы: Microsoft Excel, MathCAD Prime 1.0.

Общий алгоритм диссертационной работы приведен на рисунке 1.

В третьей главе приводятся результаты исследования и их обсуждения.

Разработка технологии экструдирования зерна ячменя и овса для получения муки и мучных кондитерских, хлебобулочных изделий

Разработка новых рецептур мучных кондитерских и хлебо-+ булочных изделий на основе экструдированного зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса

Анализ органолептических и физико-химических показателей

Подбор компонентов Расчет пищевой ценности и дегустационная оценка изделий

Расчет экономической эффективности производства мучных кондитерских и хлебобулочных изделий

Рисунок 1 - Схема проведения исследования

Исследование физико-химических показателей зерна до экструди-рования. Отмечены различия пленчатых и голозерных форм ячменя и овса по физико-химическим показателям. В пленчатых формах ячменя и овса содержится больше клетчатки (4,4 и 6,09 %), золы (2,56 и 2,54%), сахара (6,93 и 5,64%) соответственно. Выявлено, что наибольшее количество белка и жира содержится в голозерных формах: у ячменя - 13,44, овса -14,14%.

Установлено, что зерно ячменя и овса как пленчатых, так и голозерных форм имеет высокую пищевую ценность, обусловленную высоким содержанием белка, жира, сахара, что позволяет рекомендовать его как сырье для получения продуктов с повышенной пищевой ценностью.

Исследование оптимальных параметров экструдировапия, определяющих технологичность процесса и качество сырья. Варьируемыми параметрами экструдирования, влияющими на качество экструдированного сырья, являются температура обработки, время прохождения зернового сырья в экс-трудере и давление, которое создается различной скоростью вращения шнеков. При низкой температуре продукт на выходе менее структурированный, с повышенной плотностью, а повышение температуры приводит к подгоранию продукта. Исходя из этого, для эксперимента определена температура в пределах от 130 до 180 °С, время обработки - 6-10 секунд.

Технологический процесс получения муки из зерна ячменя и овса методом экструдирования представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Технологическая схема получения муки

На основании экспериментальных данных была разработана математическая модель, позволяющая определить оптимальные технологические параметры экструдирования, при которых происходит улучшение физико-химических показателей сырья.

Модель изменения физико-химических показателей зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса в зависимости от температуры воздействия на него при экструдировании. Обработку экспериментальных данных и построение графических зависимостей проводили с помощью компьютерной программы MathCAD Prime 1.0. Модель изменения физико-химических показателей экструдированного зерна в зависимости от температуры воздействия (°С) и времени обработки (с) включает в себя оценки пленчатого ячменя,

7

голозерного ячменя, пленчатого овса и голозерного овса по содержанию влаги (%), белка (%), жира (%) и сахара (%).

Оценка содержания влаги в пленчатом овсе в процессе экструдирова-

ния (у1,%) представлена следующей зависимостью (рис. 3):

, Ь, Ь? Ь, ,

хг хг Х1

где X] - время обработки; х2 - температура воздействия; Ь0=-1635,830589; Ь,=681,3383907; Ь2=-93,62342407; Ь3=4,261626411; Ь4=0,008471079451- коэффициенты регрессии. Коэффициент детерминации 99,56%, относительная погрешность 0,17 %.

Рисунок 3 - Зависимость содержания влаги в пленчатом овсе в процессе экструдирования при различных температурах

Благодаря экструдированию, содержание влаги исходных компонентов уменьшилось более чем в 1,5-2 раза. Это не превышает предельно допустимых норм. Чем меньше влажность зерна, тем дольше его можно хранить. Так, в пленчатом зерне ячменя влажность уменьшилась с 8,5 до 5,6 %, в голозерном ячмене - с 8,6 до 6,2 %, пленчатом овсе - с 9,1 до 6,2 %, голозерном овсе - с 8,8 до 4,4 %.

Оценка содержания жира в пленчатом овсе в процессе экструдирования (уз,%) представлена следующей зависимостью (рис.4):

Ь2 Ь3 I.

Л^ Л^ л^

где X] - время обработки; х2 - температура воздействия; Ь0=-4729,354975; Ь,=1942,833822; Ь2=-265,4604306; Ь3=12,07369269; Ь4=-0,01631887013 - коэффициенты регрессии. Коэффициент детерминации 99,14 %, относительная погрешность 0,96 %.

Оценка содержания белка в пленчатом овсе в процессе экструдиро-вания (у2> %) представлена следующей зависимостью (рис.5):

, Ь. Ь, Ь, ,

Л^ Л^ Л^

где XI - время обработки; х2 - температура воздействия; Ь0=-5270,612715; Ь,=116251,9686; Ь2=-851922,5503; Ь3=2078417,959; Ь4=0,01858079176 - коэффициенты регрессии. Коэффициент детерминации 99,96 %, относительная погрешность 0,14 %.

При увеличении температуры в процессе экструдирования наблюдается незначительное снижение белка в зерне, после экструдирования белок становится более усвояемым за счет разрывов внутримолекулярных цепочек, что значительно повышает его ценность. Содержание белка в пленчатом зерне ячменя изменилось с 10,56 до 11,13 %, в голозерном ячмене - с 13,14 до 14,69 %, пленчатом овсе - с 12,4 до 14,0 %, голозерном овсе - с 13,26 до 14,5 %.

В зависимости от температурного воздействия в процессе экструдирования и времени обработки зерновых содержание жира в пленчатом зерне ячменя уменьшилось с 0,78 до 0,15 %, в голозерном ячмене - с 1,02 до 0,09 %, пленчатом овсе - с 1,96 до 1,09 %, голозерном овсе - с 1,02 до 0,09 %.

Рисунок 4 - Зависимость содержания жира в пленчатом овсе в процессе экструдирования при различных температурах

Рисунок 5 - Зависимость содержания белка в пленчатом овсе в процессе экструдирования при различных температурах

14,0 13,0 12,0 11,0

У2, % ,М

9.0 8,0 7.0 6.0 5.0

Оценка содержание сахара в голозерном овсе в процессе экструдирования (у4,%) представлена следующей зависимостью (рис.6):

, Ь, Ь2 Ь, , хг х1 х1

где X) - время обработки; х2 - температура воздействия; Ь0=3723,561029; Ь,=-1544,381937; Ь2=212,7834641; Ь3=-9,729201134; Ь4=0,01731834088 - коэффициенты регрессии. Коэффициент детерминации 99,85 %, относительная погрешность 0,28 %.

Рисунок 6 - Зависимость содержания сахара в голозерном овсе в процессе экструдирования при различных температурах

В зависимости от температурного воздействия в процессе экструдирова-ния и времени обработки зерновых содержание общего сахара в пленчатом зерне ячменя изменилось с 6,69 до 7,03 %, в голозерном ячмене - с 5,96 до 9,59 %, пленчатом овсе - с 5,34 до 6,13 %, голозерном овсе - с 4,03 до 8,98 %. Так, в результате воздействия температуры на зерновое сырье содержание общего сахара увеличилось, что свидетельствует о распаде клетчатки на вторичный сахар и крахмала на простые сахара.

В целом по модели коэффициент детерминации превышает 95 %, а относительная погрешность не превосходит 5 %, поэтому модель была использована в прогнозных целях. В результате расчётов найдена оптимальная температура при экструдировании зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса 160 °С.

Рекомендуемая аппаратурно-технологическая схема получения муки из зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса с применением технологии экструдирования для производства мучных кондитерских и хлебобулочных изделий представлена на рисунке 7.

О

1

Рисунок 7 - Аппаратурно-технологическая схема получения муки из экструдированного зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса: 1 - прием зерна; 2 - зерноочистительный блок; 3 - экструдер; 4 - мельница пальцевая измельчитель МП-205

Подготовка зерна к экструдированию включает очистку от сорных, минеральных и металломагнитных примесей. Поступающее с помощью питателя из узла загрузки в ствол экструдера сырье продвигается по нему за счет вращения червяков. В процессе продвижения сырья за счет трения происходит его измельчение и нагревание. Подойдя к паровому замку, часть сырья продавливается в зазор между паровым замком и внутренней частью компрессионной камеры, другая часть возвращается назад, создавая противоток. В результате этого экструдированное сырье доизмельчается и тщательно перемешивается, создается давление, что увеличивает трение, способствуя этим повышение температуры в компрессионной камере. Через отверстие в конусной головке экстру-дированный продукт выбрасывается из ствола экструдера в окружающую среду. Охлажденное экструдированное сырье измельчается в мельнице пальцевой МП-205.

Таблица 1 - Физико-химические показатели исследования сырья до и после экструдирования

Образец Влага, % Белок, % Клетчатка, % Жир, % Зола, % Сахар, %

Пленчатый ячмень 10,8 11,26 6,09 0,90 2,56 6,93

Экструдированный ячмень 6,9 11,13 6,45 0,31 2,81 6,81

Голозерный ячмень 9,6 13,44 4,52 1,40 2,09 4,91

Экструдированный голозерный ячмень 7,8 14,69 3,95 0,15 2,24 9,38

Пленчатый овес 10,2 13,09 4,40 2, 24 2,54 5,64

Экструдированный пленчатый овес 6,6 14,0 4,2 1,46 2,66 5,46

Голозерный овес 9,6 14,14 4,61 2,77 2,12 2,05

Экструдированный голозерный овес 5,4 14,50 4,03 1,90 2,30 8,61

При экструдировании влажность исходных компонентов уменьшилась более чем в 1,5-2 раза. Белок становится более усвояемым, так как происходит взрыв внутримолекулярных цепочек, это повышает питательную ценность зерна. После экструдирования было отмечено уменьшение содержания жира за счет воздействия на него высоких температур и давления. Также было отмечено увеличение Сахаров из-за глубокого распада клетчатки на вторичный сахар, а крахмала на простые сахара.

Полученные данные свидетельствуют о том, что предложенная технология получения муки с применением метода экструдирования, в отличие от существующих технологических схем, позволила получить сырье значительно более высокой пищевой ценности.

В четвертой главе разработан ассортимент мучных кондитерских и хлебобулочных изделий с использованием муки из экструдированного зерна ячменя и овса. Определены органолептические (рис. 8-10), физико-химические показатели песочного печенья, кексов и булочек, разработаны проекты технических условий и рецептуры для получения песочного печенья, кексов и булочек с использованием муки из экструдированного зерна ячменя и овса.

На основании рецептур на печенье (ГОСТ 24901-89), кексы (ГОСТ 15052-96), булочки (ГОСТ 27844-88) было разработано 9 рецептур, из которых рецептурное количество пшеничной муки заменили мукой из экструдированного зерна ячменя и овса в дозировках 5, 10, 15, 20 и 25 %.

12

Изучено использование ценных в пищевом отношении муки пшеницы с использованием муки из экструдированного голозерного и пленчатого ячменя и овса проводились с изменением процентного соотношения заменой экс-трузионных компонентов в рецептурах.

Полученные в производственных условиях ОАО «Красноярский хлеб» булочки и «ИП Бибик» печенье песочное и кексы отвечали требованиям ГОСТ 5670-96 «Хлебобулочные изделия», ГОСТ 24901-89 «Печенье» и ГОСТ 15052-96 «Кексы. Общие технические условия».

Форма <

Структура

Цвет и внешний

Контроль

—с ячменной мукой

"■Ж--- с мукой из

экструдированного пленчатого ячменя

мукой из экструдированного голозерного ячменя

Рисунок 8 - Профильная диаграмма дегустационной оценки песочного печенья

Вкус и 30

-Контроль

Цвет и внешний _вид_

-да-- с мукой из

экструдированного пленчатого овса -"И-с мукой из

экструдированного голозерного овса

Структура и

—®-с овсяной мукой

Рисунок 9 - Профильная диаграмма дегустационной оценки булочек

Форма

Структура и консистенция

■—♦—Контроль

НЁНс овсяной мукой

" X с мукой из

с мукой из экструдированного пленчатого овса

экструдированного голозерного овса

Цвет и внешний

Рисунок 10 - Профильная диаграмма дегустационной оценки кексов

При применении муки из экструдированного зерна ячменя и овса улучшаются органолептические свойства песочного печенья, кексов и булочек. Они приобретают приятный вкус и аромат, присущие экструдированному зерну.

Установлено, что наилучшими органолептическими свойствами обладали песочное печенье и кекс с добавлением 10 %, булочки - при внесении 15 % муки из экструдированного зерна. В качестве контрольного образца были использованы песочное печенье, кекс и булочки сдобные, выработанные по стандартной рецептуре и технологии без добавок. С увеличением концентрации муки органолептические и физико-химические показатели не ухудшаются.

В результате проведенных исследований были разработаны проекты технических условий и технологических инструкций, подписаны акты внедрения на производство песочного печенья и кексов на хлебозаводе «ИП Бибик» (п. Лого-вой), булочек - на ОАО «Красноярский хлеб» (г. Красноярск).

Экономическая эффективность от производства мучных кондитерских и хлебобулочных изделий из экструдированного зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса представлена повышением уровня рентабельности: при производстве песочного печенья до 20 %, кексов и булочек - до 22 %.

1. Проведенный комплекс теоретических исследований позволил обосновать возможность использования технологии экструдирования пленчатых и голозерных форм ячменя и овса для получения мучных кондитерских и хлебобулочных изделий.

2. На основе исследования физико-химических свойств зерна ячменя и овса установлено, что сырье имеет высокое содержание белка, жира, сахара, это позволяет рекомендовать его для получения продуктов с повышенной пищевой ценностью.

Заключение

3. Разработанная математическая модель позволила определить оптимальные технологические параметры экструдирования зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса: температура 160 °С и время 6-7 с.

4. Разработана универсальная технологическая схема экструдирования зерна ячменя и овса для получения муки, позволяющая экономить время и увеличить пищевую ценность сырья.

5. При разработке новых видов мучных кондитерских и хлебобулочных изделий установлены оптимальные дбзировки муки из экструдированного зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса, для производства печенья и кексов — 10 %, для булочек - 15 %. На основе проведенных исследований были разработаны проекты ТУ и ТИ. Внедрение технологии производства песочного печенья и кексов осуществлено на хлебозаводе «ИП Бибик» (п. Лотовой), булочек - на ОАО «Красноярский хлеб» (г. Красноярск).

6. Экономическая эффективность разработанных изделий переработки экструдированного зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса представлена повышением уровня рентабельности: при производстве песочного печенья до 20 %, кексов и булочек - до 22 %.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

1. Янова М.А. Использование голозерных форм ячменя и овса в производстве пищевых продуктов / М.А. Янова, Г.И. Цугленок, Т.С. Иванова// Вестник КрасГАУ. - 2012. - № 4. - С. 203-205.

2. Янова М.А. Формирование технологических свойств зерна ячменя и овса в условиях Красноярского края / М.А. Янова, О.П. Щербак, Т.С. Иванова// Вестник КрасГАУ. - 2011. - № 12. - С. 234-237.

3. Янова М.А. Исследование пищевой ценности печенья с использованием экструдированного зерна / М.А. Янова, Т.С. Иванова// Вестник КрасГАУ. -2013,-№ 10.- С. 234-237.

4. Янова М.А. Сравнительная оценка показателей качества зерна ячменя и овса различных сельскохозяйственных предприятий Красноярского края / М.А. Янова, Т.С. Иванова, Е.Ю. Чеботарева// Инновационные тенденции развития Российской науки: материалы IV Международной научно-практической конференции молодых ученых. - Красноярск, 2011. - С. 111-113.

5. Янова М.А. Значение зольности как фактора, определяющего технологические показатели зерна ячменя и овса / М.А. Янова, Т.С. Иванова, Е.Ю. Чеботарева // Инновационные тенденции развития Российской науки: материалы IV Международной научно-практической конференции молодых ученых. -Красноярск, 2011. - С. 110-111.

6. Иванова Т.С. Формирование качества овса в условиях Красноярского края / Т.С. Иванова, Е.Ю. Чеботарева // Студенческая наука - взгляд в будущее: материалы Всероссийской научной конференции. Часть 5. - Красноярск, 2010. — С. 25-26.

7. Иванова Т.С. Мониторинг качества ячменя в условиях Красноярского края / Т.С. Иванова, Е.Ю. Чеботарева // Студенческая наука - взгляд в будущее: материалы Всероссийской научной конференции. Часть 5. - Красноярск, 2010. -С. 29-30.

8. Иванова Т.С. Экструзионные продукты функционального назначения на основе муки из ячменя и овса / Т.С. Иванова // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий: материалы X международной школы-конференции/ ХГУ.-Абакан,2011.-Вып. 15.Том 2.-С. 172-173.

9. Янова М. А. Значение зольности зерна как фактора, определяющего функциональные свойства продукции / М. А. Янова, Т.С. Иванова// Материалы VII Международной научно-практической конференции/ АГАУ. - Барнаул, 2012. -Кн. 2. -С. 487-488.

10. Янова М.А. Использование голозерного овса в производстве продуктов функционального питания / М.А. Янова, Т.С. Иванова // Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития: материалы международной научно-практической конференции. - Красноярск, 2012. - С. 193-194.

11. Иванова Т.С. Голозерный ячмень - ценная культура для производства пищевых здоровых продуктов / Т.С. Иванова, Е.Ю. Чеботарева, М.А. Янова // Инновационные тенденции развития российской науки: материалы V Международной (заочной) научно-практической конференции молодых ученных, посвященной 60-летию КрасГАУ. -Красноярск, 2012. - С. 185.

12. Иванова Т.С. Влияние экструзионной обработки на функциональные свойства ячменя / Т.С. Иванова // Наука, образование, общество: тенденции И перспективы: материалы Международной научно-практической конференции. Часть Ш. - М.: Ар-Консалт, 2013. - С. 98-100.

13. Иванова Т.С. Увеличение ассортимента экструдированных продуктов/ Т.С. Иванова// Материалы VIII Международной научно-практической конференции/ АГАУ - Барнаул, 2013. - Кн. 3. - С. 45-47.

i

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г. Подписано в печать 15.11.2013 Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1. Печать - ризограф. Усл. печ. л. 1,0 Тираж экз. Заказ № 864 Издательство Красноярского государственного аграрного университета 660017, Красноярск, ул. Ленина, 117

ФГБОУ ВПО «КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРУДИРОВАНИЯ ЗЕРНА ЯЧМЕНЯ И ОВСА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МУКИ И МУЧНЫХ КОНДИТЕРСКИХ, ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.18.01 - «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства»

На правах рукописи

04201454626

ИВАНОВА ТАТЬЯНА СЕРГЕЕВНА

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -к.с-х.н., доцент М.А. Янова

Красноярск -2013

Оглавление

Введение...................................................................................................4

Глава 1. Обзор литературы.......................................................................10

1.1 Роль зернопродуктов в питании человека................................................10

1.2 Современное состояние технологии производства муки из ячменя и овса...................................................................................................17

1.3 Характеристика зерна как сырья для производства муки.............................23

1.3.1 Характеристика овса как сырья для производства муки..............................23

1.3.2 Характеристика ячменя как сырья для производства муки.......................29

1.4 Теоретические основы процесса экструзинной технологии........................34

Глава 2. Объекты и методы исследования......................................................41

2.1 Схема исследования................................................................................41

2.2 Объкты исследования..........................................................................43

2.3 Методы исследования............................................................................43

2.3.1 Методы исследования сырья, муки и готовых изделий...............................43

2.3.2 Описание технологической схемы получения муки....................................46

Глава 3. Экспериментальная часть. Результаты исследования способов получения муки из экструдированного зерна ячменя, овса и их анализ............................53

3.1 Изменение физико-химических показателей зерна голозерных и пленчатых форм ячменя, овса в процессе экструдирования...............................................53

3.2 Исследование безопасности зерна ячменя, овса до и после экструдирования.....................................................................................59

3.3 Модель изменения физико-химических показателей зерна голозерных и пленчатых форм ячменя, овса в зависимости от температуры воздействия на него

при экструдировании.............................................................................60

Глава 4. Разработка ассортимента мучных кондитерских и хлебобулочных изделий с использованием муки из экструдированного зерна голозерных и пленчатых

форм ячменя и овса..................................................................................80

4.1.1 Разработка рецептур для производства мучных кондитерских изделий с ис-

пользованием муки из экструдированного зерна голозерных и пленчатых форм

ячменя и анализ разработанных изделий.....................................................80

4.1.2 Разработка рецептур для производства мучных кондитерских и хлебобулочных изделий с использованием муки из экструдированного зерна голозерных и пленчатых форм овса и анализ разработанных изделий...................................81

4.2 Дегустационная оценка разработанных изделий.........................................99

4.3 Расчет пищевой ценности..................................................................105

4.3.1 Расчет химического состава изделий..................................................106

4.3.2 Расчет энергетической ценности.......................................................108

4.3.3 Расчет степени удовлетворения суточной потребности человека в пищевых веществах...........................................................................................110

4.4 Проведение опытно-производственных испытаний..................................113

4.5 Экономическая эффективность полученных изделий...............................114

Заключение........................................................................................117

Литература..........................................................................................118

Приложения.........................................................................................130

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Зернопродукты имеют большое значение в питании населения, которое у большинства взрослого населения не соответствует принципам здорового питания из-за потребления пищевых продуктов, содержащих большое количество жира животного происхождения и простых углеводов, недостатка в рационе овощей и фруктов, рыбы и морепродуктов, что приводит к росту избыточной массы тела и ожирению, распространенность которых за последние 8-9 лет возросла с 19 до 23 процентов, увеличивая риск развития сахарного диабета, заболеваний сердечнососудистой системы и других заболеваний [81].

Образ жизни современного человека значительно отличается от образа жизни современника прошлых эпох. Существенно изменилось и его питание. Все меньше мы имеем возможность потреблять натуральную пищу, созданную непосредственно природой. Прилавки магазинов предлагают нам в основном продукты промышленного производства, в процессе изготовления которых часто невольно или целенаправленно изменяется их состав, им придаются определенные свойства и функции. Но из огромного числа продуктов мы можем выбрать те, которые больше нам подходят (соответствуют нашему возрасту, образу жизни, состоянию здоровья и т.п.). Поэтому часто наш выбор падает на функциональные продукты [13].

Основными задачами государственной политики в области здорового питания являются: расширение отечественного производства основных видов продовольственного сырья, отвечающего современным требованиям качества и безопасности; развитие производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми компонентами, специализированных продуктов детского питания, продуктов функционального назначения, диетических (лечебных и профилактических) пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище, в том числе для питания в организованных коллективах (трудовые, образовательные и др.) [81].

Значительный вклад в развитие сырьевой базы и совершенствование суще-

ствующих технологий в мучной кондитерской и хлебобулочной отрасли внесли такие ученые, как О.И. Ильина, A.A. Кочеткова, Г.О. Магомедов, А.П. Нечаев, Л.И. Пучкова, Т.В. Савенкова, H.H. Типсина, Т.Б. Цыганова, Л.Н. Шатнюк и др.

Современное техническое перевооружение перерабатывающей отрасли направлено на повышение эффективности функционирования технологических процессов, разработку и внедрение основных принципов взаимодействия экологических, антропогенных, энергетических и продуктивных факторов. Зерно, мука и хлеб - основных составляющих, от качества которых зависит уровень снабжения населения главным пищевым продуктом и, как следствие, уровень экономики страны, ее экономическая и политическая стабильность. Получать полноценные продукты из сельскохозяйственного сырья можно путем направленного изменения его технологических и физико-химических свойств, за счет регулирования и оптимизации и параметров процессов переработки и хранения [109].

Экструдирование сырья позволяет максимально сохранить биологически активные вещества перерабатываемого сырья, заменить сложное оборудование на непрерывное, а также получать зерновые продукты с определенным набором физико-химических и органолептических свойств.

Поиск новых видов сырья и способов его обработки является одним из основных направлений развития зерноперерабатывающей отрасли. В Красноярском крае ячмень и овес используют в большей степени на кормовые цели. Ячменная и овеянная мука в производстве мучных кондитерских и хлебобулочных изделий мало востребована. Поэтому применение технологии экструдирования для получения муки позволяет более широко использовать серые хлеба в пищевой промышленности для получения высококачественных пищевых продуктов в диетическом питании, полноценных продуктов здорового питания для человека.

Существенный вклад в развитие теории экструзии в пищевой промышленности внесли такие зарубежные и отечественные ученые, как G. Schenkel, E.C.Bernhardt, Z. Tadmor, G.H. Jepson, В.А.Силин, А.И. Жушман, В.Г. Карпов, В.Г. Краус и многие другие. Несмотря на вклад, внесенный учеными, экструзионная об-

работка зерна пленчатых и голозерных форм ячменя и овса недостаточно изучена.

Традиционно среди широкого ассортимента кондитерских и хлебобулочных изделий с использованием овсяной и ячменной муки, вырабатываемых в нашей стране, особое место принадлежит печенью, кексам, булочкам, пользующимся большой популярностью. Однако процесс получения муки из зерна овса и ячменя достаточно трудо- и энергоемок: включает большое количество этапов. Исходя из вышеизложенного, актуальным является поиск нового решения для совершенствования технологии производства муки, мучных кондитерских и хлебобулочных изделий и проведение ряда исследований для выбора и обоснования нового вида сырья и готовых изделий.

Цель диссертационной работы заключается в разработке технологии экс-трудирования зерна ячменя и овса для получения муки и мучных кондитерских, хлебобулочных изделий с повышенной пищевой ценностью.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

• Обосновать возможность использования технологии экструдирования пленчатых и голозерных форм ячменя и овса для получения мучных кондитерских и хлебобулочных изделий.

• Изучить технологические свойства сырья для производства муки и исследовать изменение структуры и физико-химических свойств сырья при разных режимах экструзионной обработки.

• Разработать математическую модель изменения физико-химических показателей зерна ячменя и овса после экструдирования и методику её применения для прогнозирования оптимальных технологических параметров экструдирования.

• Разработать универсальную технологическую схему экструдирования зерна ячменя и овса для получения муки.

• Разработать ассортимент мучных кондитерских, хлебобулочных изделий и проекты технических условий к ним.

• Оценить экономическую эффективность производства мучных кондитерских и хлебобулочных изделий.

Объектом исследования являлись экструдированное зерно пленчатых и голозерных форм ячменя и овса, мучные кондитерские и хлебобулочные изделия из него.

Предмет исследования - установление закономерностей, определяющих изменения свойств сырья и мучных кондитерских, хлебобулочных изделий из зерна ячменя и овса, полученного методом экструзионной обработки.

Научная новизна

Обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования пленчатых и голозерных форм ячменя и овса, как нового вида сырья при производстве муки с применением технологии экструдирования.

Выявлено влияние технологических параметров экструдирования на изменение органолептических, физико-химических показателей продукта.

Экспериментальным путем исследовано влияние различных технологических характеристик (параметров технологического процесса) на свойства готовых продуктов.

Разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать параметры технологии производства.

Практическая значимость Разработана аппаратурно-технологическая схема получения муки из зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса с применением технологии экструдирования для производства мучных кондитерских и хлебобулочных изделий. Разработаны рецептуры и технологические инструкции на печенье, кексы и булочки с использованием муки из экструдированного зерна пленчатых и голозерных форм ячменя и овса. Теоретические и практические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров ФГБОУ ВПО КрасГАУ на кафедре технологии хранения и переработки зерна.

Достоверность и обоснованность полученных результатов

Основные положения, выводы, теоретические и практические разработки, рекомендации, полученные в работе научно обоснованы, подтверждены экспериментальными данными и апробированы в лабораторных условиях. Достоверность результатов работы подтверждается достаточным количеством экспериментального материала, адекватным объёмом выполненных исследований, использованием современных методик и оборудования для получения и обработки экспериментальных данных, применением метода математического моделирования.

Личный вклад автора

Автором самостоятельно поставлены цели и задачи, выбраны объекты и методы исследований, разработана программа теоретических и экспериментальных изысканий, лично выполнены, обработаны и проанализированы основные результаты.

Апробация работы

Основные результаты исследований были представлены на международных и всероссийских научных конференциях:

• Международная школа-конференция «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (ХГУ, Абакан, 2011);

• Аграрная наука - сельскому хозяйству: XII международная научно-практическая конференция (Барнаул, 2012);

• Инновационные тенденции развития Российской науки (КрасГАУ, Красноярск, 2012);

• Наука и образование; опыт, проблемы, перспективы развития (Красноярск, 2012);

• Наука, образование, общество: тенденции и перспективы (Москва

2013).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 научных работ (в том числе 3 в рецензируемом научном издании).

Положения, выносимые на защиту:

математическая модель изменения физико-химических свойств зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса в зависимости от технологических параметров экструдирования; разработанную универсальную технологическую схему получения муки методом экструдирования; результаты разработки новых рецептур с использованием муки из зерна голозерных и пленчатых форм ячменя и овса и оценку экономической эффективности от внедрения.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы; включает 38 рисунков, 45 таблиц. Основной текст изложен на 129 листах машинописного текста. Список литературы включает 125 наименования.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Роль зернопродуктов в питании населения

Особенностью нынешнего развития пищевой промышленности является получение качественно новых продуктов питания с повышенной пищевой ценностью, способствующих улучшению здоровья за счёт регулирующего и нормализующего влияния на организм человека с учётом его физиологического состояния и возраста.

В настоящее время население проявляет повышенный интерес к химическому составу, пищевой ценности и наличию функциональных ингредиентов в продуктах питания и всё чаще сталкивается с проблемой несбалансированного питания за счёт потребления очищенных, рафинированных продуктов. Для здорового питания человеку необходимы пищевые волокна, витамины, микроэлементы, минеральные вещества, ненасыщенные жирные кислоты и др.[96].

Здоровье человека в значительной степени определяется его питанием, то есть обеспеченностью организма энергией и необходимыми пищевыми и непищевыми веществами. Особенности питания влияют на процессы генерации энергии в клетке, биосинтез белка, структуру и функции клеточных и внутриклеточных мембран, активность ферментативных систем, на нейрогуморальную регуляцию, иммунитет, биологические ритмы и так далее. От количества и качества питания зависят биохимические показатели обмена веществ, активность разных органов и систем. Однако в современных условиях все труднее и труднее становится обеспечивать поступление биологически активных компонентов пищи в требуемых количествах. Образ жизни современного человека требует все меньше и меньше энергозатрат, то есть меньше энергетических составляющих пищи (белков, жиров, углеводов), но не меньше различного рода биологически активных веществ. Таким образом, образуется дисбаланс между энергетической составляющей пищи, необходимой для физической деятельности, и микронутриентами, обеспечивающими физиологическую деятельность организма. Дефицит витаминов у дошколь-

ников составляет в среднем от 16 до 45%, у школьников - от 40 до 70%, у студентов-до 60%, у взрослого населения - до 50% [62].

Г.В. Шабурова и ряд ученых отмечали, что пищевые продукты на зерновой основе играют существенную роль в питании человека. За счет хлебобулочных изделий россиянами покрывается до 30 % энергетических потребностей, до 20-30 % потребностей в белках растительного происхождения, до 30 % - в углеводах. Использование зерновых культур позволяет обогатить продукты питания пищевыми волокнами, витаминами, минеральными веществами [105].

Структура питания, то есть состав продуктов, используемых человеком в процессе его жизнедеятельности, определяется национальными традициями, культурой, уровнем развития общества и т. п. Все продукты питания делятся на продукты животного и растительного происхождения. Растения в жизни человека имели и имеют основополагающее значение, хотя бы потому, что являются составляющей частью естественной среды его обитания и источником пищи, в том числе основным источником углеводов. Более того, и производство продуктов животного происхождения было бы невозможно без растений. На земле произрастает не одна тысяча видов инт