автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Совершенствование процессов подготовки зерна твердой пшеницы, содержащей белозерную пшеницу и зерна с "черным зародышем", к макаронному помолу

005052ТОО

КАНДРОКОВ РОМАН ХАЖСЕТОВИЧ

Совершенствование процессов подготовки зерна твердой пшеницы, содержащей белозерную пшеницу и зерна с «черным зародышем», к макаронному помолу

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

18 дпр т

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва- 2013

005052153

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки (ГНУ ВНИИЗ Россельхозакадемии)

Панкратов Георгий Несторович

доктор технических наук, профессор

Черных Валерий Яковлевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», профессор кафедры хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств

Белецкий Сергей Леонидович кандидат технических наук, доцент, ФГБУ Научно-исследовательский институт проблем хранения Федерального агентства по государственным резервам, заместитель заведующего лабораторией технологии длительного хранения продовольственных товаров и хлебопродуктов

Негосударственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования Международная Промышленная Академия

Защита состоится « 16 » мая 2013 г. в 10°° часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора паук Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д.И, 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 ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Автореферат разослан « Ученый секретарь '

диссертационного совета, к.т.н., доцент

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

_2013 г.

Белявская И.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Твердая пшеница, Tritikum durum - является наилучшим видом сырья для получения высококачественных макаронных изделий. Макаронные изделия являются социально значимым продуктом питания для большинства населения страны. Среди многообразия продуктов питания макаронные изделия занимают исключительно важное место, доля которых постоянно возрастает в рационе питания населения нашей страны. Это положение обусловлено высокими потребительскими свойствами макаронных изделий и минимальными затратами времени на их приготовление. За последние 10 лет производство макаронных изделий в России увеличилось почти на 50%. По данным Росстата, в 2010 году im предприятиях выработано около I млн. т макаронных изделий. Такая же тенденция сохраняется и в настоящее время. Однако увеличение производства макаронных изделий происходит за счет увеличения использования хлебопекарной муки из мягких сортов пшеницы.

Причина такой тенденции объясняется значительным уменьшением посевных площадей под твердую пшеницу II типа и снижением ее качества. Только за период с 1992 по 2010 года производство зерна уменьшилось в 2,5 раза. Это связано, в первую очередь, с ухудшением культуры земледелия. Кроме того, одной из основных причин снижения качества твердой пшеницы II типа является наличие примесей трудноотделимых зерен мягкой белозерной пшеницы III типа и зерен с «черным зародышем», которые понижают технологический потенциал зерна. Характерной особенностью этого заболевания является темно-коричневая окраска оболочек, вызванная поражением зерновок грибами гельминтоспориум (Helminthosporium) и альтернария (Alternaria). Наличие в партии зерна твердой пшеницы зерен с черным зародышем» существенно ухудшает качество муки для макаронных изделий и выработанных из них макарон.

Все эти негативные последствия стали причиной того, что основная масса производимого зерна твердой пшеницы относится к 3, 4 и 5 классам, а зерно 1 и 2 классов практически отсутствует. Зерно 4 класса обладает пониженным технологическим потенциалом и обеспечивает меньший выход муки и более низкое качество макаронных изделий в сравнении с зерном 3,2 и 1-го классов.

Таким образом, задача обеспечения высококачественной макаронной крупкой заключается не только в росте производства объемов, но и в повышении качества зерна твердой пшеницы.

Получение высококачественных макаронных изделий возможно только из муки для макаронных изделий, выработанной из зерна твердой пшеницы, что является чрезвычайно актуальным в связи с вступлением РФ во Всемирную Торговую Организацию и обеспечения конкурентоспособности макаронных изделий отечественного производства.

Вопросам технологии переработки твердой пшеницы при производстве макаронных изделий посвящены работы: Айзиковича JI.E., Ауэрмана Л.Я., Беркутовой Н.С., Братухина A.M., Бурова JI.A., Дулаева В.Г., Егорова Г.А., Казакова Е.Д., Казеиновой Н.К., Козьминой Н.П., Кретовича B.JL, Куприца ЯЛ., Максимчука Б.М., Мамбиша И.Е., Медведева Г.М., Мерко И.Т., Талалаева A.C., Трисвятского Л.А., Швецовой И.А., Шнейдер Т.Н., Dexter J.E., Matsuo R.R., Doust M.A., Raciti C.N., Lombardo G.M., Clark F.R., Marchito B.A., Schlichting L.M. и другие.

Следует отметить, что большинство исследований было посвящено проблемам собственно производства макаронных изделий, а вопросам переработки твердой пшеницы и, прежде всего, извлечению трудноотделимых примесей, уделялось недостаточное внимание.

Цель и задачи исследований. Рациональное использование зерна твердой пшеницы II типа, характеризуемое уровнем, как выхода, так и качества макаронной муки, может быть обеспечено за счет совершенствования технологии подготовки зерна к помолу. Достигнуть этого можно, в первую очередь, обеспечив высококачественную очистку зерна перед помолом.

Поэтому, целью настоящего исследования являлась разработка технологических решений извлечения трудноотделимых примесей из твердой пшеницы II типа при подготовке к макаронному помолу, таких как зерна с «черным зародышем» и мягкая белозерная пшеница III типа.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

▲ исследовать возможность извлечения трудноотделимых примесей из зерна твердой пшеницы II типа с применением вибропневматического оборудования;

А исследовать эффективность процесса шелушения при подготовке твердой пшеницы II типа, содержащей зерна с «черным зародышем»;

Ж изучить структурно-механические свойства зерна твердой пшеницы II типа и мягкой белозерной пшеницы 1П типа и выявить их влияния на процесс крупообразования;

▲ выявить влияние содержания белозерной пшеницы П1 типа на выход и качество муки для макаронных изделий из зерна твердой пшеницы П типа различных классов и разработать рекомендации по допустимому их содержанию при переработке;

▲ выявить возможность выделения мягкой белозерной пшеницы Ш типа из твердой пшеницы П типа на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1;

▲ разработать методику, рекомендации и инструкцию по рациональному использованию и промышлешюй переработке партий зерна твердой пшеницы II типа, содержащей белозерную пшеницу и зерна с «черным зародышем».

Научная новизна.

• Установлено, что зерно твердой пшеницы существенно отличается от мягкой пшеницы характером развития деформации и образованием внутренних разрушений при измельчении в вальцовом станке, что объясняет различия их в способности крупообразования. При этом на процесс крупообразования при измельчении влияет также и класс твердой пшеницы.

• Вибропневматический метод сепарирования неэффективен для разделения твердой и мягкой белозерной пшеницы и малоэффективен для извлечения зерен с «черным зародышем».

• Установлено, что абразивное шелушение зерна твердой пшеницы зерен с удалением не менее 5% оболочек позволяет удалить «черный зародыш». При этом снижается прочность зерновки, что способствует увеличению выхода макаронной крупки и улучшению ее качества.

• Показана возможность и эффективность применения метода фотоэлектронного сепарирования зерна твердой и мягкой белозерной пшеницы для их разделения.

Практическая значимость.

ш На основании проведенных исследований, предложена модель технологической схемы и параметры переработки зерна твердой пшеницы, позволяющая в лабораторных условиях воспроизвести реальный технологический процесс мукомольного завода в полном объеме.

■ Установлены режимы шелушения твердой пшеницы с «черным зародышем» при использовании абразивного шелушителя.

■ Разработаны технологическая схема подготовки зерна твердой пшеницы к помолу с использованием фотоэлектронного сепаратора и абразивного шелушителя.

■ Разработана методика, рекомендации и инструкция комплексной оценки потенциальных мукомольных и макаронных свойств твердой пшеницы по рациональному использованию и промышленной переработке товарных партий зерна твердой пшеницы.

■ Внесены предложения в ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия» в части уточнения содержания примеси мягкой белозерной пшеницы III типа в зерне твердой пшеницы II тина.

■ На основе разработанной технологической схемы создана и построена на производствешюм объединении «Завод Пензтекстильмаш» мельница для переработки твердой пшеницы II типа в муку для макаронных изделий производительностью 1000 кг/ч с базисными выходами: макаронная крупка - не менее 50%, мука второго сорта -не менее 20%.

Положения, выносимые на защиту.

♦ Результат исследования фракционирования зерна твердой пшеницы II типа на вибропневматических машинах.

♦ Модель процесса размола зерна твердой пшеницы II типа на лабораторных установках и мельницах малой производительности.

♦ Результат исследования влияния белозерной пшеницы III типа и зерен с «черным зародышем» на выход и качество муки для макаронных изделий.

♦ Гипотеза о связи крупообразующей способности с характером развития деформаций при разрушении зерна в вальцовом станке.

♦ Результат исследования влияния белозерной пшеницы III типа в твердой пшенице II типа на потребительские свойства макаронных изделий.

♦ Результат исследования извлечения белозерной пшеницы Ш типа из твердой пшеницы П типа на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1.

♦ Технология подготовки к помолу зерна твердой пшеницы II типа, содержащей мягкую белозерную пшеницу III типа и зерна с «черным зародышем».

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на V Юбилейной школе-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации» по направлению «Теория и практика создания функциональных продуктов питания с учетом требования нутрициологии и диетологии» (МГУПП, г. Москва, 2007г.); « Разработка технологии муки из твердой пшеницы для производства функциональных продуктов». Принципы пищевой комбинаторики - основа моделирования поликомпонентных пищевых продуктов (Углич, ГНУ ВНИИМС Россельхозакадемии. 2010 г.).

По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных литературных источников и приложений. Диссертационный материал изложен на 143 страницах основного текста, включает 56 рисунков и 51 таблицу. Список литературы состоит из 167 источников российских и зарубежных авторов и 6 приложений.

1 Обзор литературы

В обзоре научно-технической литературы рассмотрены морфолого-анатомическое строение и физико-химические свойства зерна твердой пшеницы. Приведены особенности и принципы технологии муки из твердой пшеницы для макаронных

изделий, требования к макаронной муке, зарубежные методы оценки качества зерна твердой пшеницы.

В результате проведенного анализа сформулированы цели и задачи исследований.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Экспериментальные исследования проводили в лаборатории технологии и техники мукомольного производства, в лаборатории качества зерна и зернопродуктов, в лаборатории приборов и метрологии, в лаборатории биохимии зерна и зернопродуктов, в лаборатории стандартизации и сертификации зерна и зернопродуктов ГНУ ВНИИЗ Россельхозакадемии (далее ВНИИЗ).

Дополнительные анализы проводили в лаборатории отдела технологии и ассортимента макаронного производства ГОСНИИ хлебопекарной промышленности Россельхозакадемии (далее ГОСНИИХП).

2.1 Материалы и методы исследований

Для проведения исследований использованы различные образцы зерна твердой пшеницы сорта «Харьковская 46» , «Оренбургская 2» 2,3,4,5 классов и белозерной пшеницы сорта «Новосибирская 67» 3 и 4 классов (таблица 1).

Технологический анализ зерна твердой и белозерной пшеницы проводили общепринятыми и стандартными методами.

Технологический анализ макаронных изделий проводили согласно ГОСТ Р 518652002 «Изделия макаронные. Общие технические условия»; ГОСТ Р 52000-2005 «Изделия макаронные. Правила приемки и методы определения качества»; ГОСТ Р 52810-2007 «Изделия макаронные. Методы идентификации». При проведении экспериментов использовали математические методы обработки результатов с применением статистической программы Ех$е12007.

Структурная схема проведения исследований приведена на рисунке 1.

Таблица 1 - Показатели качества образцов зерна твердой и белозерной пшеницы

Наименование показателя Значения показателей

Твердая пшеница, Птип Белозерная пшеница, III тип

Содержание белозерной пшеницы, % 5,7-9,4 -

Содержание зерен с «черным зародышем», % 8,2-10,9 -

Стекловидность, % 74-91 60-67

Натура, г/л 715-820 719-736

Масса 1000 зерен, г 32,4-40,7 30,2-33,4

Массовая доля сырой клейковины, % 21,25-29,14 23,56-25,04

Качество сырой клейковины, у.е. прибора ИДК 53-60 59-73

Содержание белка, % на с.в. 10,3-12,7 9,2-9,5

Содержание сорной примеси, % 1,5-2,5 1,3-1,7

Содержание зерновой примеси, % 1,8-3,7 2,2-2,8

Влажность, % 10,2-13,3 11,2-12,3

Зольность, % 1,87-2,28 1,68-1,97

Рис. 1 - Структурная схема исследований

2.2 Результаты исследований

2.2.1 Разработка лабораторной технологической схемы переработки твердой пшеницы в муку для макаронных изделий

Для моделирования процесса очистки зерна в стендовых условиях были использованы следующие машины: сепаратор АОЗ-1, воздушпо-ситовой сепаратор У1-АОЗ, камнеотборник КО-1 фирмы «СовОкрим», лабораторный триер фирмы «Петкус», лабораторная обоечная машина фирмы «Бюлер», пневмоаспиратор УПС-06 фирмы «СовОкрим». Технологическая схема подготовки зерна к помолу представляет собой классическую схему и состоит из двух этапного основного увлажнения и отволаживания с доувлажнением и отволаживанием перед I драной системой.

Моделирование процесса помола зерна твердой и белозерной пшеницы проводили на размоло-сортирующем агрегате РСА-5, разработанном в центральном конструкторском бюро ВНИИЗ, с расположением рифлей острие по острию. Для просеивания и обогащения продуктов размола использовали лабораторный рассев и лабораторную ситовеечную машину. Размол зерна проводили по технологической схеме, включающей 6 драных, 3 шлифовочных и 4 ситовеечных системы (рисунок 2). Параметры вальцовых станков соответствуют рекомендациям Правил организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах.

6=0,8

И Ф.С-Ш

6=0,5

60,3

£0,25

8,7 ГА Ире 8,7 т 8,7 т А/фе.

12.5ГП 1ипс. 12,5 т 1илс. 12,5 т 1ипс.

16П СВ-1 Й т СВ-1 кт СВ-1

,29 га СВ-2 ,29 т СВ-2 29 т СВ-2

I М/ка 2 с. \ М/ка 2 с. 1 Мука 2 с.

Уфе.

I М/ка 2 с.

Мф.сф

&о,б I

Уф.с. 16 то Цфс 1бт

21т СВ-3 21т св-з 2Ш

,29 т СВ-4 ,29 т СВ-4 29 т

отруби СВ-4

' М/ка 2 с. ! М/ка 2 с.

1ип.сШ 2 ипсф Зил.с.ф

I 602 6=0,15 !

12,5 т 2 иле. кт Зиле. ют IV фе.

21ГИ евз 21т СВ-З 2Ш св-з

,29 ГА СВ-4 ,29 т СВ-4 ,29 т (В-4

I М/ка 2 с. I М/ка 2 с. I Мука 2 с.

(В-1-14-Ят СВ-2- 21-15,5ГЦ (В-3-И-СЛ4 СВ-4-21-15,51%

]|3«№ [

Крупка

Крута

Крута

Крупка

Рис. 2 - Технспзгшеская схеш полет твердой пшеницыв луку дт шщхнъх изделий в лабораппръх условиях.

2.2.2 Исследование извлечения трудноотделимых примесей из зерна твердой пшеницы с применением вибропневматнчсского оборудования

Исследована технология фракционной переработки зерна твердой пшеницы II типа с «черным зародышем», включающая вибропневматическое сепарирование зерна.

Фракционировали зерно твердой пшеницы 4 класса па лабораторных моделях пневмосортировального стола и концентратора. Полученные результаты фракционирования зерна сведены в таблицы 2 и 3.

Эффективность фракционирования исходного зерна по показателям качества показана в таблицах 2 и 3. Из данных таблиц видно, что при выходах легкой фракции в интервале 41,6 - 54,9 % наблюдается существенное различие свойств легкой и тяжелой фракций по натуре, массе 1000 зерен, содержанию сорной и зерновой примеси и зерен с «черным зародышем». При выходе фракций около 50 %, в легкую фракцию извлекается на пневмосортировальном столе и на концентраторе около 60% зерен с «черным зародышем».

На основе анализа этих данных намечены и реализованы три варианта переработки зерна твердой пшеницы 4 класса II типа в лабораторных условиях.

Первый вариант подготовки зерна, в соответствии с Правилами организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах, включал в себя 3-х этапную ГТО без предварительного фракционирования. На первом этапе зерно увлажняли до 14 % и отволаживали 8 часов; на втором этапе увлажняли до 16 % и отволаживали 4 часа; на третьем этапе доувлажняли зерно до 16,5% и отволаживали в течение получаса. Во втором варианте подготовки зерна к помолу моделировали процесс с предварительным фракционированием на тяжелую (поток А) и легкую фракции (поток Б). Тяжелую фракцию размалывали отдельно, а легкую фракционировали на пневмосортировальном столе после гидротермической обработки. Полученную при фракционировании легкую фракцию после шелушения и пневмосепарирования объединяли с тяжелой фракцией и размалывали. В третьем варианте шелушили всю массу образца без предварительного фракционирования на пневмостоле и концентраторе. Шелушение проводили на лабораторном вертикальном шелушителе (рисунок 3).

Результаты помолов зерна, подготовленного по различным вариантам, представлены в таблице 4. Очевидно, что третий вариант переработки зерна твердой пшеницы с повышенным содержанием зерен с «черным зародышем» предпочтителен из трех представленных.

По результатам проведенных исследований разработана методика комплексной оценки потенциальных мукомольных и макаронных свойств твердой пшеницы на основе моделирования промышленных процессов с развитой технологической схемой. Предложена технологическая схема подготовки зерна твердой пшеницы II типа с повышенным содержанием зерен с «черным зародышем», включающая шелушение зерна после гидротермической обработки.

Таблица 2 - Фракционирование твердой пшеницы на пневмостоле

Наименование Фракций. Выход, % Натура, г/л 1 Масса I ООО зерен, г Количество клейковины, % Качество клейковины ИДК, у.е. Зерна с «черным зародышем» , % Белозерная пшеница, % Зерновая примесь, % Сорная примесь, % Зольность, %

Исходное зерно 100 792 35,1 22,58 58 8,0 7,1 1,2 1,0 1,91

Легкая 41,6 746 30,5 23,13 56 12,3 8,3 1,86 2,3 2,0

Тяжелая 58,4 821 38,4 22,16 59 5,0 6,2 0,7 0,1 1,89

Таблица 3 - Фракционирование твердой пшеницы на концентраторе

Наименование Фракций. Выход, % | Натура, г/л Масса 1000 зерен, г Количество клейковины,% Качество клейковины ИДК, у.е. Зерна с «черным зародышем», % Белозерная пшеница, % | Зерновая примесь, % Сорная примесь, % Зольность, %

Исходное зерно 100 785 34,6 22,3 63 8,2 6,2 1,6 0,8 1,88

Легкая 54,9 761 31,4 22,7 62 11,4 6,9 2,2 1,4 1,98

Тяжелая 45,1 816 38,6 21,7 60 4,3 5,3 0,8 0,2 1,81

Таблица 4 - Выход и качество продуктов размола зерна твердой пшеницы

№ помо ла Тип помола Выход муки в/с (крупки) Зольность макаронной крупки, Выход муки 2 сорта,% Зольность муки 2 сорта,% Выход отрубей и оболочек,% Зольность отрубей / оболочек ,%

отруби оболочки

1. Исходное зерно без дополнительной обработки 43,5 0,77 17,0 1,81 39,5 - 3,27

2 А. Поток А. 50 0,7 15,0 1,62 35 - 3,89

2 Б. Поток Б. 51,1 0,66 17,3 1,54 26,4 5,2 4,4/3 Д

2. Зерно-потоки А+Б. 50,6 0,68 16,2 1,58 33,2 - 4,1

3. Шелушенное исходное зерно твердой пшеницы 52,9 0,75 20,5 1,54 20,0 5,6 5,2/3,3

Иходное зерно 1

2-х кратая ПО

I

иёпуиитвль

зил

Аспирагтр УГС

1СР.С.

Ксрмээой зернопродукт

Опарегтр

ЗПС I "1

Триер кукопеопборник

Аспирагтр УГС

Огпарэгпзр ДОЗ

3 вариант

2-х кратая ПО

I дрх*

2-х

крапная ПО

1дрс. 50%

ГЬтжА

2-х крапная ПО

80%

Птжотп

1 вариант

ГЬток Б 1дрс. 2 вариант

Рис. 3 - Технологическая схема подготовки твердой пивницык помол/

2.2.3 Многоэтапное фракционирование твердой пшеницы внбропневматнческнм способом на пневмосортировалыюм столе

Определяющими признаками эффективности многоэтапного фракционирования зерна твердой пшеницы II типа вибропневматическим способом являются: масса зерновки, плотность, коэффициент трения скольжения и скорость витания. Целью использования нескольких этапов фракционирования по указанным признакам являлось повышение эффективности процесса фракционирования.

Методика проведения многоэтапного фракционирования включала в себя пятикратное последовательное фракционирование на пиевмостоле 4 и 5 (четвертой и пятой) фракций, лучших по качеству фракций твердой пшеницы II типа.

В полученных фракциях определяли содержание следующих компонентов: зерновок твердой пшеницы, зерновок белозерной пшеницы III типа, зерен с «черным зародышем», сорную и зерновую примесь, стекловидность, натуру, массу 1000 зерен, количество и качество клейковины, и содержание белка.

Вся сорная примесь выделяется на первом этапе фракционирования, причем она концентрируется во фракциях 1, 2 и 3. Снижение содержания зерновой примеси происходит по всем этапам фракционирования. На пятом этапе получено в 59,2 % зерна 4 и 5 фракций, в которых содержится 0,1 % зерновой примеси.

Достигнутый уровень очистки зерна от сорной и зерновой примеси является твердой гарантией высоких выходов и качества муки для макаронных изделий, полученных из фракций зерна твердой пшеницы, начиная со второй фракции первого этапа фракционирования.

По сравнению с исходным зерном стекловидность зерна твердой пшеницы пятого этапа повысилась на 14 %, а натура на 25 г/л. Этот результат связан с возможным увеличением производительности переработки зерна указанного этапа на 1,3 % в сравнении с исходным зерном. Содержание зерен с «черным зародышем»

снизилось с 6,4 % в исходной партии, до 2,8-4,6 % на пятом этапе (рисунки 4 и 5). Наиболее значительное перераспределение зерен с «черным зародышем» произошло на первом этапе фракционирования.

В первой и второй фракциях твердой пшеницы содержание зерен с «черным зародышем» повысилось до 15,4 и 11,2 % с зольностью 2,29 и 1,99 %, соответственно, а во фракциях 4 и 5 произошло снижение до 3,6 и 3,5 % соответственно в сравнении с исходным зерном. Этот результат говорит о потенциальных возможностях снижения содержания темных частиц в готовой продукции, что подтвердилось экспериментально при последующих помолах твердой пшеницы в муку для макаронных изделий.

При вибропневматическом фракционировании на пневмостоле зерна твердой пшеницы II типа содержание мягкой белозерной пшеницы III типа, количество и качество клейковины, и содержание белка незначительно изменилось на каждом этапе и в целом по всем этапам фракционирования.

Таким образом, можно заключить, что частичное извлечение зерен с «черным зародышем» возможно при использовании вибропневматических машин и невозможно для извлечения мягкой белозерной пшеницы.

Дальнейшие исследования, представленные в разделе 2.2.6, показали, что наиболее эффективным способом извлечения мягкой белозерной пшеницы III типа из партий твердой пшеницы II типа является сепарирование по цвету с применением фотоэлектронных сепараторов.

15.4

Рис 4 - Распределил? зерен с ''черным зародышем" по Фракциям и по этапам

а 5?

1 ■'о & а

Й 4> 0 ■и 1 II И; оГ Й Д

§ О

Рис. 5 - Распределение зерен мягкой белозерной пшеницы в твердой пшешще по фракциям и по этапам

2.2.4 Исследование структурно-механических свойств зерновок твердой и мягкой белозерной пшеницы при измельчении в вальцовом зазоре

Для исследования структурно-механических свойств зерновок твердой и мягкой белозерной пшеницы в межвальцовом зазоре был применена методика, разработанная в мукомольной лаборатории ВНИИЗ в которой использовались вальцы с профилем и расположением рифлей, соответствующих I др.с. При исследовании структурно-механических свойств отдельных зерновок определяли напряжение сжатия и относительную деформацию.

И™Г£ Фракция 2 „

зерно г Фракция

1 этап 2 этап 3 этап этап этап

Методика определения напряжений заключается в следующем: зерновка пшеницы помещают в межвальцовый зазор, после чего дискретно увеличивают движущий момент на вальцах до стадии разрушения объекта. Оценка структурно-механических свойств была проведена при деформировании зерновки в межвальцовом зазоре. Для определения прочностных свойств твердой и белозерной пшеницы были использованы по пять образцов различной влажности при пяти различных межвальцовых зазорах. В таких условиях полностью воспроизводилось силовое воздействие на зерновку как по соотношению усилий сжатия и сдвига, так и по вектору приложения сил, что было обусловлено формой и расположением рифлей.

При известных значениях крутящего момента (как функции приложенной к вальцу силы), угла определяющего положение зерновки в зазоре, а также самого зазора, определялись следующие переменные: сила сжатия зерновки, напряжение сжатия и их зависимость от относительной деформации.

На рисунке 6 представлена схема расчета силового воздействия для определения прочностных свойств при перемещении зерновки в межвальцовом зазоре.

Рис. 6 - Схема для определения прочностных свойств при

перемещения зерновки в межвальцовом зазоре 1- вальцы; 2- зерновка; все остальные обозначения даны по тексту.

Предельное значение напряжения сжатия определяли в момент разрушения зерновки как отношение суммы проекций сил действующих на зерновку в горизонтальной плоскости к площади зерновки:

[■ofaj = , Па, где

= , и - горизонтальная составляющая силы действующей на валец;

Fxi = F¡ sin «¡,н - горизонтальная составляющая силы трения; a¿,' - угол, определяющий положение зерновки в зазоре;

5,/и2 - площадь зерновки, на которую воздействует силы давления со стороны вальца;

Я = ОДм - радиус вальца;

Mmf - момент сопротивления от силы трения;

Pxi = PjCosO = Рь Fxi = 0. Тогда foj = р По.

10 20 30 40 50 60 70

Относительнаядеформатщязерновки Л»

Рис 7 - Зависимость напряжения сжатая зерновки твердойпшешщы от относительной деформации

Влияние типа зерна. Характер разрушения имеет специфические особенности. Среднее значение предела целостности зерновки - б для исследованных проб зерна II и III типов приблизительно одинаковое и составляет 0,67 МПа. Однако при этом первичное разрушение зерновки пшеницы III типа имело место при относительной

деформации - £=40 %, а для зерновки пшеницы II типа - £=20 % (рисунки 7 и 8).

10 20 30 40 50 60 70 80

Относительная деформация зерновки Е |,%

Рнс. 8 - Зависимость напряжения сжали зерновки мягкой белозерной пшеницы от относительной деформации

Таким образом, разрушение зерна твердой пшеницы происходит раньше и при большем зазоре, чем для зерна мягкой белозерной пшеницы.

Процесс деформирования зерна различных типов имеет существенное различие. Допуская, что величина напряжения линейно связано с величиной деформации (закон Гука), были проведены расчеты МНК и установлено, что значения коэффициента

детерминации (R2) линейного уравнения - б=Е*£, имеют существенные различия для зерна разных типов и зависят еще и от влажности (таблица 5).

Таблица 5. Зависимость коэффициента детерминации (И3-) уравнения б=Е*£ при различной влажности (W) зерна II и III типов

Твердая пшеница (II тип) Мягкая белозерная пшеница (III тип)

W,% R' W,% R

15,0 0,32 14,4 0,84

16,7 0,28 16,0 0,82

17,6 0,55 18,1 0,99

19,0 0,96 20,5 0,95

24,0 0,98 22,5 0,97

Таким образом, можно заключить, что процесс деформирования зерна твердой пшеницы П типа характеризуется большей нестабильностью развития деформации, скачками напряжений и перемещением внутренних структур, чем зерна мягкой белозерной пшеницы III типа.

Как видно га таблицы 10, при оптимальной технологической влажности зерна внутренняя структура находится в неустойчивом состоянии, что провоцирует внутренние разрушения при деформации вплоть до момента разрушения оболочек.

Влияние влажности на упругие свойства зерна различных типов показано на рисунках 6 и 7. Характер зависимости величины напряжения при постоянной величине относительной деформации - 20 % может быть достаточно хорошо (R2=0,88-0,98) описан квадратичным уравнением, причем коэффициенты уравнения достаточно близкие для зерна П и III типов. Было установлено, что при относительной деформации 20 % напряжение (б) изменяется в зависимости от влажности нелинейно как для твердой пшеницы, так и для мягкой белозерной пшеницы.

б = а - ßW + yW2

Эмпирические коэффициенты уравнения аппроксимации имеют близкие значения, однако, абсолютные значения для твердой пшеницы выше, чем для мягкой белозерной пшеницы.

При изучении гранулометрического состава макаронной крупки, полученной из различных классов и типов, было установлено, что распределение частиц по размерам практически идентично и имеют нелинейный характер. Таким образом, образование значительного большинства крупок при измельчении зерна твердой пшеницы может быть объяснено ее структурными особенностями, что приводит к разрушению ее зерновки при большей величине межвальцового зазора.

16

2.2.5 Исследование влияния содержания белозерной пшеницы в твердой пшенице различных классов на выход н качество макаронной крупки и макаронных изделий

Исследования проведено совместно с сотрудниками лаборатории технологии макаронного производства ГОСНИИХП по влиянию содержания белозерной пшеницы в твердой пшенице на выход и качество макаронной крупки и качество макаронных изделий.

Для изучения влияния содержания белозерной пшеницы в твердой пшенице на качество макаронных изделий вырабатывали макаронные изделия на лабораторном прессе 1а МотГеппа, с последующей сушкой их в сушилке при температуре 55 °С и относительной влажности 75% до влажности макаронных изделий 11,5%.

Качество макаронных изделий оценивали варочными свойствами (содержание сухих веществ в варочной воде и сохранность формы макаронных изделий) и кислотностью по ГОСТ Р 523777-2005. Цветовые показатели макаронных изделий определяли методом трех светофильтров по методике, разработанной Г.М. Медведевым. Содержание редуцирующих Сахаров в макаронных изделиях определяли методом Бертрана.

Выход макаронной крупки определяется классом твердой пшеницы вне зависимости от содержания белозерной пшеницы (рисунок 9). Содержание белозерной пшеницы негативно влияет на выход крупки, причем кинетика снижения характеризуется величиной выхода 0,3-0,6 % на 1 % содержания белозерной пшеницы. При этом установлено, что гранулометрические характеристики крупок идентичны вне зависимости от класса твердой пшеницы. Зольность макаронных крупок зависит от выхода и класса твердой пшеницы. Если для твердой пшеницы 2 класса зольность практически не изменялось, то для 4 класса характеризуется резким увеличением зольности (рисунок 10).

В результате исследования установлено, что содержание желтого пигмента в крупках существенно различается по классам твердой пшеницы (таблица 6). Содержание сухих веществ в варочной воде также зависит от класса и типа пшеницы (таблица 6).

Сравнительная оценка макаронных изделий по цветовым показателям на приборе ФМШ, выработанные из зерна твердой пшеницы различных классов, характеризуются изменением показателей в зависимости от содержания белозерной пшеницы. В качестве примера на рисунке 11 приведена зависимость цветовых характеристик макаронных изделий из зерна твердой пшеницы 3 класса с различным содержанием мягкой белозерной пшеницы. Из графика видно, что добавление в твердую пшеницу до 8 % мягкой белозерной пшеницы не оказывало существенного влияния на цветовые показатели макаронных изделий.

Таким образом, можно сделать выводы о том, что наиболее существенное влияние на выход и качество макаронной крупки оказывает класс перерабатываемого зерна твердой пшеницы. Содержание мягкой белозерной пшеницы снижает выход

макаронной крупки вне зависимости от класса и в меньшей степени влияет на качество макаронных изделий.

115 4 5 6"«

Содержание мягкой оеючерноп пшеницы. *« Рас а - '.Ъвнснмосп. выхода макаронной крупки от содержат« мягкой ocni.viii.nion пшеницы

0,8

н 0.75 -

О " 1

0,65 : 0,6 ■

0,55

Ш 0.68

0.62

4 юисс твердой ]1шешщы __о ,81

у=0.000х + 0,617 К: = 0.322

0,75

3 класс твердой пшеницы у = 0,001.4 + 0. <5"0 Я-' = 0,892

1 класс твердой пшегащй-62 у=0.003х + 0,654 = 0.986

0,62

0.63

10

20

30

40

50

<50

70

Выход макаронной крупки, %

Рис. 10- Зависимость зольности от выхода макаронной крупки для зерна различных классов твердой гапешшы

Таблица 6 . Влияния класса и состава твердой пшеницы на свойства макаронных изделий

Наименование показателя Класс твердой нценицы Твердая пшеница 98% твердой пшеницы + 2% белозерной 96% твердой пшеницы + 4% белозерной 94% твердой пшеницы + 6% белозерной 92% твердой пшеницы + 8% белозерной

Редуцирующие сахара мг/кг. 4 класс 0,19 0,19 0,21 0,20 0,18

3 класс 0,21 0,21 0,25 0,22 0,18

2 класс 0,40 0,36 0,36 0,31 0,34

Количество желтого пигмента, мг/кг. 4 масс 0,27 0,26 0,26 0,27 0,25

3 класс 0,38 0,36 0,36 0,37 0,39

2 класс 0,47 0,43 0,43 0,47 0,47

Сухие вещества, перешедшие в варочную воду, % 4 класс 8,15 8,11 8,08 8,21 8,25

3 класс 7,15 7,66 7,17 7.13 7,30

2 класс 6,03 6,26 60,19 6,12 6,10

100%/ 98%/ 961 о/ 94%/ 92%/ 0%. ................... -'о--------.........6% -.....-.....«84.........100е

Рпс. 11 - Зависимость цветовых характеристик макаронных изделий ич твердой пшеницы 3 класса от содержания мягкой белозерной пшеницы

2.2.6 Фракционирование зерна твердой пшеницы на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1

В этом разделе была поставлена задача определения эффективности фракционирования твердой пшеницы II типа на фотоэлектронном сепараторе с целью выделения из него зерна мягкой белозерной пшеницы III типа.

Были использованы результаты исследований по различию коэффициентов отражения в зерне II и III типов, проведенных во ВНИИЗ. Наибольшие различия лежат в диапазоне 425-575 нм. (рис. 12). На основе этих данных были проведены совместные исследования с сотрудниками ОАО «Воронежсельмаш» на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1. Принцип действия сепаратора основан на разделении фракций зерна, отличающихся по цвет)'. Настройку машины проводили по максимальному извлечению белозерной пшеницы.

400 435 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 Длина волны, 'к нм.

Рис. 12 - Спектральные кривые отражения черна пшеницы И и III типов (. по данным Штеннберг Т.С.)

Эксперименты были проведены на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1 ОАО «Воронежсельмаш», при этом были использованы лампы с длинной волны 525 нм. Исходное зерно твердой пшеницы представляло смесь, состоящую из 90,9% твердой пшеницы 2 класса и 9,1% белозерной пшеницы. Общая смесь соответствовала зерну твердой пшеницы 4 класса. Технологическая схема и результаты фракционирования представлены на рис. 13.

По результатам исследований, можно заключить, что применение метода фотоэлектронной сепарации позволяет решить проблему извлечения белозерной пшеницы III типа при переработке зерна твердой пшеницы II типа, что позволяет получить экономический эффект не менее 600 рублей за тонну зерна.

Таким образом, может быть рекомендовано технологическая схема подготовки зерна твердой пшеницы II типа к помолу, включающая фотоэлектронный сепаратор для выделения трудноотделимых примесей мягкой белозерной пшеницы и абразивное шелушение для удаления «черного зародыша», как это показано на рисунке 14.

Исходная зерновая смесь - пшеница 2 тип, 4 класс. 90, 9% - пшеница 2тип, 2 класс + 9,1 % - пшеница 3 тип, 3 класс

промежуточная

фракция1 ^ промежуточная фрзкция2 промежуточная фракцияЗ

выход -60,5 % выход - 76,9 % выход - 90,0 %

96,6% - II тип+3,9% -III тип 95,6 % - II тип + 4.4 % - III тип 94,9 % - II тип + 5,1 % - III тип

Рис. 13 - Схема фракционирование зерна твердой пшеницы на сепараторе Ф 20.1

Исходный промежуточная промежуточная промежуточная продукт Фракция! фракция2 фракцияЗ

Исходное зерно

Корневой зернопродукт

йс. 14 - Технологическая схема подготовки тзердой пшеницы к макаронном/ помэпу

2.3 Промышленная апробация и внедренне результатов исследований

На основе разработанной технологической схемы была создана и построена мельница для переработки твердой пшеницы в муку для макаронных изделий по сокращенной схеме на производственном объединении «Завод Иензтекстильмаш» (г. Пенза).

В результате производственной проверки были получены положительные результаты (общий выход муки составил 69,4% со средневзвешенной зольностью -0,78%), которые подтвердили эффективность данных решений. Акт производственных испытаний представлен в диссертации.

Выводы и практические рекомендации

1. Показано, что фракционирование зерна твердой пшеницы П типа, содержащей трудноотделимые примеси, на виброгшевматических машинах имеет низкую технологическую эффективность и не целесообразно для использования в реальных производственных условиях. Применение многоступенчатой схемы, также не является эффективным приемом для извлечения трудноотделимых примесей из зерна твердой пшеницы.

2. Подтверждено, что наличие зерна с «черным зародышем» приводит к негативному влиянию на выход макаронных крупок и качество макаронных изделий. Выявлено, что наиболее целесообразным способом извлечения зерен с «черным зародышем» является шелушение зерна с отделением оболочек в количестве не менее 5 %. Выявлено, что интенсивное шелушение зерна при подготовке способствует лучшему крупообразованию при размоле и увеличению выхода макаронной крупки на 9,4 %.

3. Исследованием выявлено различие структурно-механических свойств твердой пшеницы II типа и мягкой белозерной пшеницы III типа, что выражается в характере развития деформаций при разрушении зерна. Установлено, что при прочих равных условиях разрушение зерна твердой пшеницы II типа происходит при большей величине межвальцового зазора, чем для зерна мягкой белозерной пшеницы III типа, что является одной из основных причин различий в крупообразующей способности зерна различных типов.

4. Выявлено, что содержание в твердой пшенице II типа мягкой белозерной пшеницы III типа при переработке приводит к снижению выхода муки для макаронных изделий вне зависимости от класса пшеницы. Установлено, что при содержании в твердой пшенице II типа от 2 до 8% мягкой белозерной пшеницы Ш типа цветовая характеристика крупок и макаронных изделий различаются незначительно.

5. Анализ спектральных характеристик в видимой части света зерна твердой пшеницы II типа и мягкой белозерной пшеницы III типа показал их существенное различие, что позволяет использовать метод фотоэлектронного сепарирования. Экспериментально подтверждена возможность сепарирования твердой пшеницы с целью выделения мягкой белозерной пшеницы на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1 ОАО «Воронежсельмаш».

6. На основании проведенного исследования разработана технологическая схема подготовки зерна твердой пшеницы II типа к помолу, включающая шелушение и фотоэлектрошюе сепарирование.

7. Разработана методика, рекомендации и инструкция по рациональному использованию и промышленной переработке партий зерна твердой пшеницы II типа пониженного технологического потенциала (с повышенным содержанием трудноотделимых примесей).

8. На основании проведенных исследований разработаны Предложения с ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия» в части уточнения содержания примеси мягкой белозерной пшеницы III типа в твердой пшенице II типа.

9. Разработана методика, основанная на физической модели процесса производства муки для макаронных изделий из зерна твердой пшеницы II типа в лабораторных условиях, а также техническая документация производства муки для макаронных изделий на мельницах малой мощности.

10. На основе разработанной схемы технологического процесса подготовки и размола зерна твердой пшеницы II типа для мельниц малой производительности (Q=900-1000 кг/ч.), была осуществлена производственная проверка, которая

23

показала высокие результаты. Выход муки для макаронных изделий (высшего сорта) составил 51,4 %, с общим выходом - 70 %. Срок окупаемости составит 1,2 года.

Список публикаций по теме диссертации.

в изданиях, входящих в список ВАК:

1. Дудаев, В.Г. Фракционирование зерна твердой пшеницы с «черным зародышем» / В.Г. Дудаев, Р.Х. Кавдроков // Хлебопродукты. - 2008. - № 3. - с. 60.

2. Дудаев, В.Г. Переработка зерна твердой пшеницы с черным зародышем на мукомольных заводах / В.Г. Дулаев, Р.Х. Кандроков // Хлебопродукты. - 2009. - № 3- с. 44.

3. Дулаев, В.Г. Фракционная технология производства макаронной муки из твердой пшеницы с различным содержанием белозерной пшеницы / В.Г. Дулаев, Р.Х. Кандроков // Хлебопродукты. - 2009. - № 10. - с. 41.

4. Кандроков. Р.Х. Многоэтапное фракционирование зерна твердой пшеницы вибропневматическим способом / Р.Х. Кандроков // Хлебопродукты. - 2010. - № 3. -с. 44.

5. Кандроков, Р.Х. Влияние содержания белозерной пшеницы в твердой пшенице на выход и качество муки и макаронных изделий / Р.Х. Кандроков, В.Г. Дулаев, Д.В. Шнейдер, Н.К. Казеннова // Хлебопродукты. - 2011. - № 5. - с. 52.

6. Кандроков, Р.Х. Фракционирование зерна твердой пшеницы на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1. / Р.Х. Кавдроков, В.Г. Дулаев, А.А. Агеев, Е.В. Вакула//Хлебопродукты. -2011. -№ 8. - с. 52.

7. Кандроков, Р.Х. Роль шелушения в технологии переработки зерна твердой пшеницы / Р.Х. Кандроков, Г.Н. Панкратов // Хлебопродукты. - 2013. - № 3. - с. 44.

в других изданиях:

8. Кандроков Р.Х. Повышение качества твердой пшеницы при переработке в муку на основе выделения из нее зерновок с «черным зародышем» / Р.Х. Кандроков, В.Г. Дулаев // Сборник докладов V юбилейной школы-конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (г. Москва). - М.: МГУ ill 1,2007.-446 с.

9. Кандроков Р.Х. Разработка технологии муки из твердой пшеницы для производства функциональных продуктов. Принципы пищевой комбинаторики -основа моделирования поликомпонентных пищевых продуктов / Р.Х. Кандроков, В.Г. Дулаев // Сб. мат. всерос. науч.-практ. конф. - Углич, ГНУ ВНИИМС Россельхозакадемии, 2010г. — 109 с.

The summary

This report stresses the need to remove impurities trudnootdelimyh soft white wheat and grains with a "black germ" of grain durum wheat. The methods and ways of extracting these impurities from the grain durum wheat. Flow diagrams for extracting soft white wheat and grains with a "black germ" of hard wheat and milling process flow diagram of durum wheat on short circuit.

Подписано в печать:

10.04.2013

Заказ № 8328 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОСИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЗЕРНА И ПРОДУКТОВ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ (ГНУ ВНИИЗ Россельхозакадемии)

Совершенствование процессов подготовки зерна твердой пшеницы, содержащей белозерную пшеницу и зерна с «черным зародышем», к макаронному помолу

Специальность: 05.18.01.- Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и

виноградарства

04201356400

КАНДРОКОВ РОМАН ХАЖСЕТОВИЧ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор кафедры технологии, оборудование и производственный менеджмент предприятий хлебопродуктов Панкратов Г.Н.

Москва - 2013 г.

Содержание

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

ГЛАВА 1. Современное состояние технологии муки для макаронных изделий из зерна твердой пшеницы................................................7

1.1. Морфолого-анатомическое строение зерна твердой пшеницы.........7

1.2. Физико-химические свойства зерна твердой пшеницы...................11

1.3. Технологические свойства зерна твердой пшеницы......................12

1.4. Современные требования к качеству муки для макаронных изделий из твердой пшеницы................................................14

1.5. Особенности технологии муки для макаронных изделий...............18

1.6. Развитие технологии макаронных изделий..................................19

1.7. Выводы. Цели и задачи исследований...................................... 20

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования.....................................25

2.1. Организация эксперимента.....................................................25

2.2. Сырье и методы исследований.................................................26

2.3. Моделирование технологических процессов подготовки и помола зерна твердой пшеницы в лабораторных условиях...................27

2.4. Методы математической обработки результатов исследований.........29

ГЛАВА 3. Исследование процесса производства муки для макаронных изделий из твердой пшеницы содержащей зерна с «черным зародышем»........................................................................30

3.1. Фракционная технология производства макаронной муки из твердой пшеницы с «черным зародышем»..............................................30

3.2. Многоэтапное фракционирование зерна твердой пшеницы

вибропневматическим способом на пневмосортировальном столе.....38

ГЛАВА 4. Исследование процесса производства макаронной крупки и качества макаронных изделий из твердой пшеницы 4-го, 3-го и 2-го классов с различным содержанием белозерной пшеницы..................49

4.1. Исследование структурно-механических свойств зерновок твердой и мягкой белозерной пшеницы при измельчении в вальцовом станке...49

4.2. Исследование выхода и качества крупки и качества макаронных изделий из твердой пшеницы 4 класса с различным содержанием белозерной пшеницы.............................................................71

4.3. Исследование выхода и качества крупки и качества макаронных изделий из твердой пшеницы 3 класса с различным содержанием белозерной пшеницы.....................................................................92

4.4. Исследование выхода и качества крупки и качества макаронных изделий из твердой пшеницы 2 класса с различным содержанием белозерной пшеницы...................................................................112

4.5. Разработка предложений по изменениям в ГОСТ Р 52554-2006 Пшеница.- Технические условия.............................................132

ГЛАВА 5. Фракционирование зерна твердой пшеницы на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1..............................................133

5.1. Анализ спектральных характеристик твердой и мягкой белозерной пшеницы...........................................................................133

5.2. Экспериментальное исследование фракционирования зерна твердой пшеницы на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1........................138

5.3. Расчет экономической эффективности внедрения «Фракционной технологии муки из твердой пшеницы для макаронных

изделий»............................................................................143

Основные выводы и результаты работы.........................................144

Список литературы....................................................................146

Приложения..............................................................................163

Твердая пшеница, Tritikum durum - является наилучшим видом сырья для получения высококачественных макаронных изделий. Твердая пшеница -ценнейшая продовольственная культура, издавна возделываемая в России. Ее характерной особенностью является высокая стекловидность, которая при оптимальных условиях возделывания может приближаться к 100 %. Это определяет ее хорошие мукомольные свойства. Выход макаронной крупки из такого зерна достигает 70 % и только из такого зерна можно изготовить макаронную крупу высшего сорта [132].

Твердая пшеница, в силу биологических особенностей, имеет более низкую урожайность, по сравнению с мягкой пшеницей. Вместе с тем, твердая пшеница во все периоды своего роста и развития более требовательна к приемам агротехники, почве и теплу, чутко реагирует на орошение и внесение удобрений. Твердая пшеница при высоком уровне агротехники способна давать урожаи, не уступающие урожаям мягкой пшеницы. Если при этом учитывать, что твердая пшеница высших классов стоит значительно дороже мягкой, то становится очевидной экономическая выгода возделывания данной культуры [113].

Трудности производства твердой пшеницы, обладающей высокими макаронными свойствами, обуславливают постоянный дефицит товарного зерна этой культуры в нашей стране, и диктуют необходимость оптимального использования ее при выработке макаронной крупки [39,66].

Значительный вклад в создание научных основ переработки зерна твердой пшеницы внесли Беркутова Н.С., Братухин A.M., Буров JI.A., Дулаев В.Г., Казеннова Н.К., Крылова В.В., Медведев Г.М., Талалаев A.C., Шнейдер Т.И., Штейнберг Т.С., Dexter, J. Е., Matsuo, R. R., Doust M.A., Raciti C.N., Lombardo G.M., Clark F.R., Marchilo B.A., Schlichting L.M. и др.

Технологические свойства зерна твердой пшеницы изучены в значительной меньшей степени, чем мягкой пшеницы [47]. Поэтому, для наиболее

полноценного использования потенциальных свойств, заложенных в твердой пшенице, первостепенное значение имеет знание технологических особенностей каждой товарной партии зерна. Только при этом условии возможны выбор и разработка оптимальных технологических приемов и операций подготовки зерна твердой пшеницы к макаронным помолам, обеспечивающим рациональное и эффективное использование зерна при производстве макаронной муки высокого качества.

Причина такой тенденции объясняется значительным уменьшением посевных площадей под твердую пшеницу II типа и снижением ее качества. Только за период с 1992 по 2010 года производство зерна уменьшилось в 2,5 раза. Это связано, в первую очередь, с ухудшением культуры земледелия. Кроме того, одной из основных причин снижения качества твердой пшеницы II типа является наличие примесей трудноотделимых зерен мягкой белозерной пшеницы III типа и зерен с «черным зародышем», которые понижают технологический потенциал зерна. Характерной особенностью этого заболевания является темно-коричневая окраска оболочек, вызванная поражением зерновок грибами гельминтоспориум (Helminthosporium) и альтернария (Alternaría). Наличие в партии зерна твердой пшеницы зерен с черным зародышем» существенно ухудшает качество муки для макаронных изделий и выработанных из них макарон.

Основными зонами возделывания твердой пшеницы за 1990-2010 гг. являются Оренбургская, Челябинская, Омская области, Алтайский край, Саратовская и Самарская области. Практически прекращено или сведено к минимуму производство товарного зерна твердой пшеницы в республиках Башкортостан и Татарстан, в Волгоградской, Ульяновской, Курской и Тамбовской областях [8,14,38,64].

Населению России, по разным оценкам, для внутреннего потребления необходимо от 1,5 млн. до 2 млн. тонн твердой пшеницы в год [113]. Однако удельный вес производимого зерна этой ценной культуры недостаточен для удовлетворения потребностей населения в качественных макаронных изделиях. Поэтому в настоящее время для их производства приходится использовать

макаронную муку из мягкой высокостекловидной пшеницы с отбором до 1525% макаронной крупки, а некоторых случаях и обычную хлебопекарную муку. При этом макаронные изделия из мягкой пшеницы имеют более низкие потребительские качества по сравнению с твердой пшеницей.

Макаронные изделия являются социально значимым продуктом питания для большинства населения страны. За последние 10 лет производство макаронных изделий в России увеличилось почти на 50 %. По данным Росстата, в 2011 г. на предприятиях выработано около 1 млн. тонн макаронных изделий. Такая же тенденция сохраняется и в настоящее время.

Вместе с тем, одним из основных факторов, сдерживающих развитие макаронной отрасли, является недостаток отечественного сырья - макаронной крупки из твердых сортов пшеницы для выработки высококачественных макаронных изделий.

ГЛАВА 1. Современное состояние технологии муки для макаронных изделий из зерна твердой пшеницы

1.1. Морфолого-анатомическое строение зерна твердой пшеницы

Зерно твердой пшеницы характеризуется большими размерами по сравнению с мягкой пшеницей. Оно имеет несколько отличную форму: зерновка более вытянута, а ширина и толщина отличаются незначительно. По литературным данным [21,26,58], в среднем, длина ее составляет 6,65 мм, ширина 2,72 мм и толщина 2,71 мм. Бороздка у зерна твердой пшеницы имеет щелевидную форму и проникает внутрь эндосперма незначительно. Оболочки тоньше, чем у мягкой пшеницы, алейроновый слой толще, но в среднем, толщина покровных тканей такая же, что у зерновки мягкой пшеницы и, в среднем, составляет 65 мкм.

Содержание эндосперма у зерна твердой пшеницы примерно такое же, как и у мягкой пшеницы и зависит от крупности и сферичности зерновки. Особое значение имеет консистенция эндосперма: у твердой пшеницы он отличается монолитной структурой в связи с тем, что гранулы крахмала прочно обволакиваются белковыми матрицами [43,139].

Алейроновый слой состоит из толстостенных, почти правильных прямоугольных клеток, отличается высокой упругостью, при помоле он легко измельчается и попадает в муку второго сорта, что делает ее высокозольной. Этот факт затрудняет и вымол оболочек [117,125].

Твердая пшеница содержит зародыша относительно больше, чем мягкая пшеница. Содержание зародыша в твердой пшенице колеблется от 2,4-3,9 % от веса зерновки, а в мягкой пшенице - от 1,4 до 3,8 %. Более мелкие зерна имеют относительно большие зародыши, чем крупные [63,87].

Биохимические свойства зерна твердой пшеницы определяют следующими показателями: зольность, содержание белка, крахмала, клетчатки, жиров содержание сырой и сухой клейковины, содержание минеральных веществ и

витаминов. Химический состав муки из твердой пшеницы имеет свои особенности, по сравнению с мукой из мягкой пшеницы (табл. 1.1.1.) [10,67,68].

Как видно из таблицы, основную часть сухого вещества муки составляет крахмал и белковые вещества. Более высокие сорта муки содержат больше количество крахмала и меньшее количество белковых веществ, Сахаров, жиров, витаминов и минеральных веществ по сравнению с низкими сортами. Объясняется такое соотношение тем, что полезные вещества сосредоточены, в основном, в периферийных частях эндосперма.

Особую роль в макаронном производстве имеют водонерастворимые белки - глиадин и глютенин, которые формируют структура теста. Важную функцию в макаронной муке выполняют и жиры, в них растворены каротиноидные пигменты (каратиноиды) [71].

В связи с тем, что макаронные изделия из крупок высших сортов должны обладать характерным желто-кремовым цветом, большое внимание обращается на содержание в эндосперме зерна твердой пшеницы желтых пигментов. Желтый цвет крупок обусловлен не только каротином - непредельным углеводородом эмпирической формулы С40Н56, существующим в трех модификациях (альфа, бета, гамма), но и ксантофиллом (лютеином), который представляет собой альфа-дигидроксикаротин и имеет формулу С4оН5602. В отличии от каротина, он не переходит в витамин А [80].

В мягкой пшенице в основном находятся моно - и диэфиры ксантофилла, тогда как в твердой пшенице количественно преобладает свободный ксантофилл.

Для определения содержания в зерне и крупках суммы желтых пигментов канадские учены [156,160] экстрагировали их бутиловым спиртом, насыщенным водой, и в полученном растворе определяли пигменты путем спектрофотометрии при длине волны 435,8 млм.

Химический состав муки (в 100 гр.), % Мука из твердой пшеницы Мука из мягкой пшеницы

Высший сорт Первый сорт Второй сорт Высший сорт Первый сорт

Вода, % 14,0 14,0 14,0 14,0 14,0

Белки, % 11,0 11,1 11,7 10,3 10,6

Жиры, % 1,3 1,5 1,8 1,1 1,3

Моно- и дисахариды, % 2,0 2,3 0,9 0,2 0,5

Крахмал, % 67,7 65,7 62,8 68,7 67,1

Клетчатка, % 3,7 5,1 0,6 0,1 0,2

Зола, % 0,5 0,7 1,1 0,5 0,7

Минеральные вещества, мг.: Na 3 4 6 3 4

К 122 176 251 122 176

Са 18 24 32 18 24

Mg 16 44 73 16 44

Р 86 115 184 86 115

Fe 1,2 2,1 3,9 1,2 2,1

Витамин, мг.: Bi 0,17 0,25 0,37 0,17 0,25

В2 0,04 0,08 0,12 0,04 0,08

РР 1,20 2,20 . 4,55 1,20 2,20

Сравнительное исследование желтых пигментов в зерновке твердой и мягкой пшеницы представлены в таблице 1.1.2.

Таблица 1.1.2. Содержание желтых пигментов в твердой и мягкой пшенице

[71].

Фракция Наименование Молекул, вес Соотношение молекулярных масс Содержание фракций А, В, С, %

Твердая пшеница Мягкая пшеница

А Диэфир ксантофилла 1084 1,91 5,3 31,9

В Моноэфир ксантофилла 826 1,45 9,8 46,5

С Ксантофилл свободный 568 1,00 84,8 21,6

По мнению ряда ученых [25,67,68], клейковина в большей мере характеризует технологические свойства пшеницы. Она представляет собой гидратированный белок с некоторым количеством примесей небелкового характера: крахмала, жиров, микроэлементов и др.

В зерне твердой пшеницы сырой клейковины содержится от 18-19 % до 40 % и выше. Она, как правило, эластичнее (преимущественно 80-90 единиц прибора ИДК), чем у мягкой пшеницы (преимущественно 40-75 единиц прибора ИДК) [67].

1.2. Физико-химические свойства зерна твердой пшеницы

Показатели физико-химических свойств зерна твердой пшеницы позволяют решать большое количество прикладных задач, имеющих практическое значение. Так, по показателям, определяющим размеры зерновки, можно косвенно судить о содержании эндосперма в зерне, что важно для прогнозирования выхода готовой продукции. Геометрические размеры зерна позволяют моделировать процессы сепарирования, подбирать режимные параметры измельчающих, шелушильных и др. машин. По показателям, определяющим характерные особенности эндосперма, например по стекловидности, можно выбирать оптимальные параметры гидротермической обработки. По показателю стекловидности можно прогнозировать выход промежуточных продуктов на начальном этапе крупообразования, а также ориентировочно определять количество систем технологического процесса. По показателям, определяющим сыпучесть, можно моделировать поведение зерна при его перемещении по материалопроводам, емкостям, ситам и т.д. [139].

Показатели, определяющие размер и форму зерновки, чаще всего используют в различных инженерных расчетах. При оценке технологической возможности сепарирования используют среднестатистические значения геометрических размеров зерна и примесей. Форма, объем и поверхность единичной зерновки влияют на плотность укладки зерна при оперативном хранении и используются при определении размеров емкостей, диаметров и углов наклона самотеков, материалопроводов пневмотранспорта, а также при различных расчетах термодинамического характера. Так как экспериментальное определение этих показателей достаточно сложно, то был предложен ряд эмпирических уравнений, которые с достаточной степенью точности, мо1уг быть использованы в различных инженерных расчетах для практических целей [51,139].

1.3. Технологические свойства зерна твердой пшеницы

Зерно твердой пшеницы существенно отличается от зерна мягкой пшеницы по своим структурно-механическим и физико-химическим свойствам, что определяет и особенность ведения технологического процесса в подготовительном и размольном отделениях мельзавода макаронного помола. В сравнении с хлебопекарным помолом пшеницы, при переработке твердой пшеницы некоторые технологические процессы развиты в большей степени, а другие, наоборот, сокращенны. Специфика помолов в макаронную муку состоит в том, что основная продукция представляет собой муку в виде крупок и дунстов, а не тонкодисперсную мягкую муку, как в хлебопекарном помоле. Поэтому в структуре помолов происходят значительные изменения в сравнении с хлебопекарным помолом [1,15,20].

Технологические свойства определяются: содержанием эндосперма и его свойствами, влажностью, крупностью и выравненностью, зольностью, натурой, прочностью, наличием и характером примесей, массой 1000 зерен и т.п. Класс зерна твердой пшеницы определяется стекловидностью, клейковиной и содержанием белозерной пшеницы, наличие которой снижает товарный вид макаронных изделий и уменьшает выход муки для макаронных изделий. Однако степень такого влияния изучена нед�