автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Технология хлопьев быстрого приготовления с использованием биоактивированного зерна ржи

На правах рукописи

АФОНАСЕНКО КИРИЛЛ ВАЛЕНТИНОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ХЛОПЬЕВ БЫСТРОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОАКТИВИГОВАННОГО ЗЕРНА РЖИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук 2 О ПАП 2015

Москва - 2015 г.

005569135

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Панкратов Георгий Несторович

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

кандидат технических наук, доцент Белецкий Сергей Леонидович, ФГБУ НИИПХ Росрезерва

Ведущая организация: Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение «Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Зерна и продуктов его переработки»

Защита диссертации состоится «18» июня 2015 г. в «14-00» часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. 302, корп. А.

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Текст автореферата и объявление о защите диссертации размещены в сети Интернет на сайте Минобрнауки РФ http:// vak.ed.gov.ru «18» апреля 2015 года на сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Автореферат разослан «_»_2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор ¿'I'7/ Г.Г. Дубцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Питание является залогом здоровья человека. В стратегии здорового питания важную роль играет сбалансированность продуктов по аминокислотному составу белков, наличию витаминов, пищевых волокон. В то же время, в современном мире человек не может расходовать большое количество времени на приготовление пищи ввиду высокого темпа жизни. В этой связи на первое место среди продуктов питания выходят продукты быстрого приготовления на основе растительного сырья, среди которых хлопья играют значимую роль.

Согласно программе «Развитие мукомольно-крупяной промышленности на 2014-2016гг», утвержденной Минсельхозом России 23 мая 2014г, одним из направлений реализации данной программы является производство и расширение ассортимента продуктов на злаковой основе (на основе ИК-обработки, сухие завтраки, детское и диетическое питание). Увеличение производства данной продукции должно составить со 155 тыс. тонн в 2014г до 250 тыс.тонн в 2016 году. Одним из направлений в решении данной задачи является использование зерна ржи для приготовления продуктов питания быстрого приготовления.

Рожь, важнейший хлебный злак, обладает в сравнении с пшеницей лучшим аминокислотным составом белков и содержит в себе водорастворимые пищевые волокна.

Использование технологических приемов, таких как интенсивное увлажнение и длительное отволаживание и пропаривание нешелушенного зерна повышает пищевую ценность за счет активизации ферментной системы и миграции биологически ценных веществ из периферии в эндосперм, таким образом, производство хлопьев с использованием данных технологических приемов из зерна ржи является актуальной задачей.

Степень разработанности. Исследования в области развития технологии переработки зерна ржи, проведенные многими исследователями, как в нашей стране Голенковым В.Ф., Казаковым Е.Д., Казанской JI.H., Любарским JI.H., Панкратовым Г.Н.и др., так и зарубежными Bushuk W.,Drews E.,Handreck В., Zwingelberg H., и др. Однако, вопросы производства на основе зерна ржи продуктов быстрого приготовления в виде хлопьев мало изучены.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка технологии производства высококачественных быстроразвариваюшихся ржаных хлопьев с повышенным выходом.

Для осуществления данной цели поставлены следующие задачи:

- разработать рациональную схему подготовки зерна для производства хлопьев и выявить целесообразность фракционирования зерна;

- определить рациональные режимы холодного кондиционирования зерна ржи для производства хлопьев из зерна с учетом активации амилолитических ферментов;

J

- определить рациональный режим шелушения зерна после пропаривания;

- установить влияние величины давления и продолжительность пропаривания на реологические свойства полуфабриката (шелушенного зерна ржи);

- изучить влияние различных методов и режимов пропаривания на качество хлопьев;

- апробация технологий получения ржаных хлопьев в промышленных условиях;

- разработать техническую документацию на производство хлопьев из зерна ржи с увеличенным выходом, повышенной пищевой ценностью и улучшенными потребительскими достоинствами.

Научная новизна. Обоснована технология переработки зерна ржи, предусматривающая выработку хлопьев с повышенным выходом и пищевой ценностью.

Выявлена взаимосвязь потребительских свойств хлопьев с реологическими свойствами полуфабриката.

Выявлены и обоснованы основные закономерности и параметры пропаривания ржи, и их влияние на потребительские свойства хлопьев.

В исследовании показано, что при рекомендованных значениях параметров достигается нивелирование реологических свойств зерна ржи и твердой пшеницы.

Показано влияние различных технологических операций на микробиологическую обсемененность зерна ржи. Установлено, что после рекомендуемой гидротермической обработки количество микроорганизмов на поверхности крупы-полуфабриката резко снижается.

Теоретическая и практическая значимость проведенных исследований определяется тем, что:

на основании экспериментальных исследований предложена рациональная технология производства ржаных хлопьев с повышенным выходом (до 90% в расчете на очищенное зерно), установлено, что хлопья с таким выходом имеют лучшие технологические и потребительские характеристики.

- определены рациональные параметры основных операций предлагаемой технологии: степень увлажнения зерна, длительность отволаживания, режим пропаривапия и сушки.

- показана возможность использования данной технологии для производства многокомпонентных смесей с использованием культур с различными структурно-механическими свойствами.

- представлен проект ТУ и ТР на хлопья с повышенным выходом и пищевой ценностью из зерна ржи.

- проведена полупроизводственная проверка получения хлопьев быстрого приготовления из зерна ржи на ОАО «Мельничный комбинат в Сокольниках», которая подтвердила эффективность предлагаемой технологии.

Положения, выносимые на защиту:

- технология производства хлопьев быстрого приготовления из зерна ржи;

- влияние интенсивных режимов холодного кондиционирования на технологические и биохимические свойства зерна ржи;

- влияние пропаривания на реологические свойства крупы-полуфабриката и па потребительские свойства хлопьев;

- применение разработанной технологии для производства смесей хлопьев.

Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается массивом экспериментальных данных, полученных и обработанных с применением стандартных методов.

Основные результаты работы докладывались на 6-ой Конференции молодых ученых и специалистов институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции «Фундаментальные основы и передовые технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности» (ГНУ ВНИИКОП Россельхозакацемии, г. Видное, 16 октября 2012г); научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Вопросы длительного хранения продовольственных товаров, товароведения и общественного питания» (МГУПП, 24 апреля 2014г); Всероссийской научно-практической конференции «Здоровье человека и экологически чистые продукты питания-2014» (Госуниверситет -УНПК, г. Орёл, 31 октября 2014г).

Работа отмечена дипломом конференции «Фундаментальные основы и передовые технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности», дипломом конференции «Фундаментальные основы и передовые технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности».

Апробацию основных результатов исследований осуществляли в условиях ОАО «Мелькомбинат в Сокольниках» (г. Москва).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, которые отражают её основное содержание. Из них 3 работы в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Диссертационный материал изложен на 137 страницах основного текста, включает 41 рисунок и 29 таблиц. Список литературы состоит из 160 источников российских и зарубежных авторов.

Структурная схема проведения исследований представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема проведения исследований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении сформулированы актуальность работы, степень её разработанности, цель и задачи исследований, научная новизна, практическая и теоретическая значимость, а также положения, выносимые на защиту.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы рассмотрены химический состав и биологическая ценность зерна ржи и продуктов переработки. Проведен анализ существующих технологий переработки и ассортимента продуктов, вырабатываемых из зерна ржи. Рассмотрены принципиальные методы гидротермической обработки зерна. Производство хлопьев и их роль, как продукта питания.

На основе анализа научно-технической литературы, определены цель и задачи исследований, предусматривающие использование зерна ржи как сырья для производства ржаных хлопьев быстрого приготовления.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Сырье и методы исследования.

Работа выполнялась на кафедрах «Технология переработки растительного сырья», «Биотехнология и технология продуктов биоорганнческого синтеза», «Технологические машины и оборудование» Московского Государствешюго Университета Пищевых Производств; лабораториях «Технологии и техники мукомольного производства», «Качества зерна и зернопродуктов» ГНУ ВНИИЗ; центре технологических исследований ФГБНУ НИИХП.

При проведении исследований были использованы четыре образца ржи урожаев 2011, 2013 и 2014 г.г., а так же отдельные пробы ОАО «Мелышчный комбинат в Сокольниках».

В соответствии с качественными показателями, представленными в таблице 1, исследуемая рожь соответствует 1, 2 и 3 классу, в соответствии с требованиями ГОСТ 16990-88 «Рожь».

Таблица 1 - Показатели качества исследуемых партий ржи

Наименование Показателя Единица измерения Показатели

Цвет Цвет свойственный

данному зерну.

Запах Запах соответствует

здоровому зерну.

Вкус Вкус, характерный доброкачественному зерну

Влажность % 9,0- 13,0

Натура г/л 720-760

Зараженность вредителями - Не обнаружена

Содержание сорной примеси % 0,3-0,8

Содержание зерновой примеси % 0,6 - 0,9

Число падения с 90-260

Анализ технологических и структурно - механических свойств зерна проводили по методам, предусмотренным, действующими на момент проведения исследования, ГОСТами.

Подготовка зерна проводилась на лабораторном оборудовании кафедры «Технология переработки растительного сырья», включая очистку от примесей, кондиционирование зерна, отбор мелкого зерна проходом сита 1,4x20.

Шелушение зерна осуществляли на лабораторной шелушильно — шлифовальной установке ТМ — 05 фирмы «8АТАКЕ».

Пропаривание проводилось на лабораторной установке, состоящей из котла - парообразователя, пропаривателя, сушилки, в которой сушка осуществялась в «кипящем» слое продукта при температуре 80-100°С.

Изменение влажности зерна и крупы при увлажнении и сушке определялось по приросту и убыли массы образца.

Плющение крупы полуфабриката проводилось в вальцевом станке «Nagema» на гладких вальцах при отношении скоростей 1:1.

Воздействие пропаривания на технологические свойства крупы и хлопьев изучалось методом математического планирования эксперимента, обработка экспериментальных данных с использованием программ МАТЛАБ, МАТСТАТ и

др.

Результаты полученных хлопьев оценивали по выходу крупной фракции, крошки и мучки (проход сита 3,0 мм), прочности при механическом воздействии.

Потребительские достоинства хлопьев из ржи оценивались методом пробной варки по ГОСТ 26312.2-84.

Реологические свойства крупы определяли на специально изготовленном прессе, позволяющем фиксировать деформацию полуфабриката (зерно после пропаривания и шелушения) под нагрузкой 25н.

2.2. Результаты и их обсуждение.

Современная технология производства хлопьев предусматривает водно-тепловую обработку, очищенного от примесей зерна и последующих операций -подсушивание оболочек, шелушения и плющения. Такая технология, впервые разработанная в 1982 г. Е.М. Мельниковым, позволяет получать хлопья с большим выходом из зерна ячменя. В дальнейшем было показано, что такая технология может быть использована при производстве хлопьев из зерна пшеницы, гречихи, гороха.

Технологический процесс получения хлопьев с высоким выходом и пищевой ценностью, как показали исследования, предусматривает кроме обычных операций по очистке от примесей и поверхности зерна, предварительное увлажнение с последующим отволаживанием, пропаривание, подсушивание поверхности, шелушение пропаренного зерна, плющение крупы-полуфабриката в хлопья. Требования к качеству зерна для производства хлопьев соответствуют требованиям, предъявляемым к зерну, при передаче с элеватор на мукомольный завод.

В процессе проведения исследований учитывалось большое количество факторов, влияющих на качество крупы-полуфабриката и хлопьев, таких как: влажность до и после пропаривания, время отволаживания после первичного увлажнения, время пропаривания, давление пара, количество снятых оболочек, время отлежки после пропаривания, что влияет на реологическое состояние крупы-полуфабриката перед плющением. Влияние данных факторов на качество оценивалось методом однофакторных и многофакторных экспериментов.

2.2.1. Увлажнение и отволаживание зерна ржи перед пропариванием.

Ввиду своих морфологических особенностей поверхность зерна ржи обладает морщинистой поверхностью и значительной толщиной плодовых оболочек. В связи с этим поверхность зерна ржи является более загрязненной и обсемененной. Поэтому, прежде чем проводить кондиционирование зерна ржи,

необходимо очистить поверхность путем шелушения при Кш<1,0%. Данная степень шелушения позволяет снизить загрязненность поверхности зерна и микробиологическую активность, а так же сохраняет достаточную целостность поверхности, что положительно влияет на отсутствие слипшихся зерен в процессе пропаривания.

Кондиционирование является одним из основных процессов при подготовке зерна к переработке в хлопья. В процессе увлажнения и отволаживания изменяются технологические и биохимические свойства зерна.

На рисунке 2 представлены характерные кривые деформирования зерновок под нагрузкой в 25н при разной начальной влажности. Развитие деформации при влажности более 15% характеризует зерно, как упруго-пластическое тело с характерной зоной вязкого течения. Если первичная упругая деформация характеризуется довольно значительным разбросом значений, то в зоне от 120 доЗООс скорость деформации относительно стабильна и зависит от параметров холодного кондиционирования зерна.

804

70-

3

га Z

CL

4

»

ч

40

30

10-1

У

¿

\

" —--Ф

Variable

• W, 9%

w,is %

.. ф- - W,16,6%

—А - W,17,2%

- W,26%

0 100 200 300 400 500

X, (te) - деформация 0-300с; релаксация 300-420С

Рисунок 2 - Изменение реологических свойств зерна ржи от влажности.

Для ржи характерна высокая ферментативная активность, которая влияет на повышение пищевой ценности продукта в процессе производства хлопьев в результате активного увлажнения и длительного отволаживания зерна при подготовке к пропариванию. Кинетику активизации ферментной системы можно проследить согласно данным таблицы 2. Интенсивно происходящие биохимические изменения, приводят к накоплению легкоусвояемых веществ (Сахаров, декстринов) и витаминов, а так же влияют на реологические свойства зерна, что приводит к улучшению качества хлопьев, как это показано на рис.8 в разделе «Влияние пропаривания зерна ржи на качество хлопьев», что, в сочетании

с пищевыми волокнами, делает зерновую массу из пророщенного зерна ценным пищевым сырьем. Данные по влиянию длительности проращивания на реологическое состояние зерновки представлены на рис.3. Абсолютная величина деформации зависит от времени проращивания, повышаясь в течение 24-48час, затем стабилизируется. Таким образом, в процессе прорастания изменения реологических свойств ограничиваются 24-48ч. Кроме того, проращивание приводит к повышению антиоксидантной активности.

Таблица 2 - Изменение амилолитической активности зерна ржи в процессе отволаживания.

Продолжительность отволаживания, ч

ЧГ1, с, исх ЧП, с, 12ч ЧП, с, 24ч

308 295 274

160 148 127

206 175 124

110 86 75

Fitted Line Plot

X, мкм = 130,8 + 4,897 Т, час - 0,0671 Т, час**2 + 0,000295 Т, час**3

s 42,5631

R-Sq 66,3%

R-Sq(adj) 15,8%

Рисунок 3 - Влияние времени проращивания на абсолютную величину деформации, \У=26%.

Из приведенных данных можно сделать вывод о продолжительности биоактивации не менее 24 часов, при условии высокой исходной активности. Можно рекомендовать для производства хлопьев использовать зерно, прошедшее фракционирование (легкая фракция концентратора).

Фракционирование зерна на концентраторе позволяет разделять зерносмесь на фракции, отличающиеся плотностью, что и определяет их различие по ЧП.

В таблице 3 представлены результаты исследования, проведенного в производственных условиях на концентраторе А1-БЗК-18 при подготовке зерна ржи к помолу.

Таблица 3 - ЧП фракций зерна ржи при разделении на концентраторе

№ пробы ЧП, с

Исходное зерно тяжелая фракция легкая фракция

1 237 260 195

2 204 228 165

3 116 131 88

4 146 157 126

5 180 197 142

2.2.2 Сушка и шелушение зерна перед плющением.

После пропаривания зерно следует подсушить, т.к. в процессе подсушивания в большей степени обезвоживаются наружные пленки, в результате чего зерно шелушится более равномерно и выход дробленого ядра снижается. По выходу из пропаривателя зерно подсушивается в проходящем потоке воздуха при температуре 90-100°С до ^/=18%. Исследования показали, что при влажности 18% значительно снижается количество зерен, налипающих к валам при плющении. На рисунке 4 представлена кинетика сушки зерна до \У=18% после пропаривания.

Подсушенное зерно подвергается шелушению до выхода крупы-полуфабриката 90%. Данная степень шелушения обоснована наилучшими органолептическими показателями хлопьев, а так же практически полным отделением зародыша. В таблице 4 представлены показатели хлопьев, полученных при разной степени шелушения крупы-полуфабриката, тогда как \У=14%, Р=0,ЗМПа, Тпр=1мин, Тотв=24ч для всех вариантов. При увеличении степени шелушения происходит увеличение крошимости хлопьев и увеличению количества мучки, получаемой в процессе производства, тогда как меньшая степень шелушения приводит к ухудшению органолептических показателей, в результате чего хлопья становятся более темными на цвет, мелкими по фракционному составу и жесткими при разжевывании.

Ряд1 -в-Ряд2 тф»» РЯДЗ

Рисунок 4 - Кинетика сушки зерна после пропаривания. Таблица 4 - Показатели качества хлопьев, полученных при разном выходе

Выход крупы-полуфабриката Характеристика хлопьев

Вхл, % В„уЧ> % Крошимость, %

99% 93,3 3,4 5,7

95% 87,1 7,6 11,3

90% 83,5 9,2 15,4

85% 79,2 11,4 19,2

—«¿-—сухое зерно ржи,М/=10%

-«—зерно после пропаривания и сушки до №=18%

увлажненное до

18%

250

Рисунок 5 - Кинетика шелушения зерна ржи.

На рис.5 представлены кривые кинетики шелушения сухого зерна ржи, ржи, увлажненной до 18%, и ржи, подсушенной после пропаривания до ^'=18%.

12

Несмотря на некоторое увеличение длительности шелушения зерна после пропаривания, в сравнении с сухим зерном, такой способ является более предпочтительным, т.к. позволяет избежать проблем со слипанием зерновок при пропаривании, увеличивает степень равномерности отделения оболочек, уменьшает степень разрушения эндосперма и приводит к миграции биологически ценных веществ из периферии в эндосперм.

2.2.3 Влияние пропаривания зерна ржи на качество хлопьев.

В производстве хлопьев водно-тепловая обработка применяется для направленого изменения упруго-пластических свойств крупы-полуфабриката. В исследованиях изучены два способа пропаривания зерна - дискретный и импульсный. В первом случае давление в камере пропаривателя было неизменным на протяжении всего времени пропаривания, тогда как во втором случае, с целью имитации пропаривания зерна в проходящем потоке пара, каждую минуту из камеры пропаривателя сбрасывалось давление через выпускной клапан, и подавалась новая порция пара через впускной клапан. Результаты качества хлопьев, полученных по данным вариантам пропаривания, представлены на рисунке 6.

Согласно данным рис.6 можно сделать вывод, что в лабораторных условиях более предпочтительным является дискретный способ пропаривания зерна, так как практически во всех случаях при таком способе пропаривания крошимость полученных хлопьев была ниже, а выход мучки при плющении крупы-полуфабриката в хлопья меньше.

Реологическое состояние крупы-полуфабриката оказывает решающее значение на качество хлопьев. Влияние на упруго-пластические свойства оказывают несколько факторов, таких как: влажность зерна, время пропаривания, время отволаживания после пропаривания.

Исследование влияния продолжительности интервала времени между пропариванием зерна и плющением оказывает существенное влияние на реологические свойства зерна, что связано с релаксацией напряжений.

На рис.7 показано изменение во времени пластических свойств зерна ржи после пропаривания с последующими сушкой и шелушением. Первый интервал измерений от 0 до 30 мин, второй от 1.5 часа до 2 часов, третий от 4,5 до 5 часов, четвертый после 24 часов. Необходимо отметить, что температура, исследованных проб, оставалось стабильной и равной 20-22°С.

Как видно из приведенных данных на рис.8, скорость деформации в зоне устойчивой ползучести составляла от 0,130 мкм/с до 0,045мкм/с при увеличении продолжительности отволаживания с ЗОмин до 24 часов.

Изменение скорости деформации (1^) от продолжительности отволаживания ( т ) носит достаточно сложный характер и может быть описана с 90 % вероятностью функцией вида Уй = атр (1)

\Л/=22%, \Л/=22%, 1=5мин, 1=5мин, Р=0,ЗМПз Р=0,1МПа

\Л/=14% 1=5мин, 1=5 мин, Р=ОДМПа Р=0,ЗМПа

Ш Крошимость хлопьев при импульсном воздействии паром,%

Ш Крошимость хлопьев при воздействии постоянным паром,%

Ш Выход мучки при импульсном воздействии паром,%

§ Выход мучки при воздействии постоянным паром,%

Рисунок 6 - Показатели качества хлопьев в зависимости от вида пропаривания зерна.

Опыты, проведенные по схеме полного факторного эксперимента 2 позволили выявить влияние исходной влажности \У, продолжительности пропаривания т и давления пара Р на скорость деформации зерна ржи в зоне устойчивой ползучести с!У/с1Х. Диапазон варьирования параметров процесса составил: \Ун -14-22%, Т-1-5мин, Р - 0,1- 0,3 Мпа.

Рисунок 7 - Кинетика относительной деформации сжатия и восстановления зерновки ржи в зависимости от продолжительности отволаживания при постоянной нагрузке.

13 0,08-

X

5. 0,09

0,11-

0,12-

0,13-

0,10-

0,07-

0,06-

0,05-

0,04-

0

5

10

15

20

25

Т.ч

Рисунок 8 - Изменение скорости деформации ((1У/(1Х) в зоне устойчивой ползучести (120-300с) от продолжительности отволаживания.

Последующая статистическая обработка экспериментальных данных показала, что зависимость (1У/ёХ от исследованных параметров может быть описана линейным уравнением

^ = 0,0323 + 0,0069 V/ + 0,0077'Г- 0,0019Р +0,0019 \\ТР (2)

аХ

из чего следует вывод о преимущественном влиянии исходной влажности и продолжительности пропаривания на реологические свойства зерна ржи.

Полагая, что прочность хлопьев определятся при прочих равных условиях реологическими свойствами зерна, был проведен соответствующий анализ. Прочность (крошимость) оценивали по методике проф. Е.М. Мельникова, как показано на рис.9.

Как следует из рис.9 хлопья приобретают достаточную прочность при условии, что с1У/с!Х будет иметь значение не менее 0,3 мкм/с.

Таким образом, можно заключить, что реологические свойства шелушенного зерна ржи определяют как размер, так и прочность хлопьев. В свою очередь оптимальное значение с1У/УХ достигается варьированием параметров процесса водно-тепловой обработки, как это показано в формуле 2. В свою очередь, более целесообразным в промышленности является способ пропаривания в проходящем потоке пара, т.к. тем самым время отволаживания зерна после пропаривания сводится к минимуму, благодаря чему достигается скорость деформации зерновки <1У/с1Х, при которой крошимость хлопьев минимальна. В таблице 5 представлены данные по выходу крупной фракции и общему выходу

хлопьев, в зависимости от параметров технологического процесса подготовки крупы-полуфабриката к плющению.

УапаЫе

•— к1

—в— к2

150 200 250 300 350 400 450 500 (сГ*7с1Х) х 1000

Рисунок 9 - Зависимость прочности (крошимость) хлопьев от реологических свойств зерна ржи. К1 - пропаривание без темперирования, К2 - пропаривание + темперирование 10 мин.

Таблица 5 - Влияние режимов увлажнения и пропаривания на размерные характеристики хлопьев и их выход.____

Значение параметра Вкр, % Вн, %

XV Т р

+ + + 90,6 97,6

+ + - 86,6 95,8

+ - + 86,3 96,7

- + + 82,2 96,2

0 0 0 85,6 95,6

+ - - 82,0 92,7

- + - 83,2 93,4

- - + 81,9 92,7

- - - 85,1 93,5

На рис.10 представлены характерные кривые кинетики увлажнения зерна при пропаривании дискретным способом. Согласно полученным данным можно сделать вывод, что увлажнение зерна происходит более активно при увеличении давления пара с ОЛМПа до 0,ЗМТ1а.

Рисунок 10 - Кривые кинетики увлажнения зерна при пронаривании.

2.2.4 Исследование потребительских свойств хлопьев.

В области исследований параметров обработки зерна при подготовке к плющению в хлопья, по методу полного факторного эксперимента, представленных в разделе 2.2.3, время приготовления хлопьев составило от 5 до 8 минут. С целью сокращения времени приготовления хлопьев было решено провести серию опытов, где время нахождения в камере пропаривателя было увеличено до 7, 9 и 10 минут соответственно. В таблице 6 представлены сравнительные показатели качества хлопьев, полученных при различных параметрах производства.

Время варки данных образцов составило 4-5 минут, а в случае пропаривания в течение 10 минут хлопья вовсе не требуют варки, их достаточно залить кипятком и дать настояться 5 минут.

Согласно данным таблицы 6 можно сделать вывод, что увеличение времени пропаривания не приводит к значительному увеличению крошки и мучки в процессе производства хлопьев, а так же увеличению крошимости хлопьев, полученных при таких параметрах производства. Некоторое снижение выхода крупной фракции хлопьев связано с увеличением упругих свойств крупы-полуфабриката, тогда как время приготовления данных хлопьев значительно снижается, а внешний вид и вкусовые достоинства остаются хорошими.

Таблица 6 - Показатели качества хлопьев, полученных при увеличенном времени пропариваиия._____

№ опыта АУн, % Тпр, мин Рпара. Мпа Кш, % Вкр, % Вм, % Вмуч, % Крошимость, %

1 22,0 5,0 0,3 11,2 90,6 7,0 2,4 2,9

2 22,0 7,0 0,3 10,0 83,8 14.4 1,9 2,3

3 22,0 9,0 0,3 10,0 83,7 14,0 2,4 2,4

4 22,0 10,0 0,3 9,9 82,9 14,3 2,8 2,7

Полученные хлопья обладали приятным ароматом без посторонних запахов и признаков затхлости, имели однотонный кремовый оттенок и сладковатый привкус при разжевывании, но имели кисловатое послевкусие, что связано с биохимическими особенностями зерна ржи.

2.2.5 Получение хлопьев из зерносмеси.

Различные зерновые культуры отличаются по химическому составу, вкусовым достоинствам, упруго-пластическим свойствам. Регулирование химического состава готового продукта является важной задачей пищевой промышленности.

Хлопья являются трудносыпучим и хрупким продуктом, в связи с этим не целесообразно смешивать готовые хлопья из разных культур, так как это приведет к образованию большого количества крошки и мучки. Для получения хлопьев с заданным составом и свойствами плющению подвергается смесь культур, предварительно прошедших все этапы подготовки.

На кафедре «Технология переработки растительного сырья» была исследована возможность получения хлопьев из культур, резко отличающихся по своим реологическим свойствам. Примером такой смеси послужила смесь хлопьев рожь/твердая пшеница в соотношении 1 к 1. Данные по реологическим свойствам твердой пшеницы и ржи представлены на рис.11. Согласно данным рисунка 11 можно сделать вывод о том, что у ржи больше выражены пластические свойства, тогда как пшеница обладает большей упругостью.

Предварительно очищенную рожь и пшеницу смешали в соотношении 1 к 1. После чего провели подготовку к плющению в хлопья при следующих параметрах: "Мн = 26%, ^ = 24ч, Ц = 10 мин, У/п/с = 18%, Кш = 10%. Характеристики и качество полученных хлопьев можно проследить согласно данным таблицы 7.

Изменение реологических свойств от влажности (тв. пшеницы и рожь)

90-

80-

70-

£

£ 60-

5 =г 50-

ш

£ о. 40-

I 30-

ш

а

20-

10-

0-

_____»- - л-----Я _ — -Ж

К я '" -•

. ♦ •■" —

4--«— ►------ - .....— ' -........►

УагаЫе

*— пД7,3%

п,20,3%

■ р, 19%

—А - р,22%

—' п,9,8%

— р,11,2%

п,26%

50 100 150 200 250 Продолжительность нагружения, с

300

Рисунок 11 - Влияние начальной влажности на реологию пшеницы и ржи.

Таблица 7 - Параметры производства и характеристика хлопьев смеси.

№ опыта Wн, % тр, мин Рпара, Мпа Кш, % Вкр, % Вм, % Вмуч, % Крошимость, %

смесь 26 10 0,3 10 84,2 12,5 3,3 2,8

Внешний вид полученной смеси представлен на рис.12. Важно заметить, что полученная смесь хлопьев оказалось однородной и практически не разделимой на хлопья ржи и пшеницы. После подсушивания хлопьев до влажности 13% был проведен анализ размерных характеристик хлопьев: по 20 хлопьев пшеницы и ржи были измерены по ширине, длине и толщине. Полученные результаты были обработаны с помощью программы МткаЬ. В результате определения коэффициента трансгрессии совпадение частиц по длине составило 98,5%, по ширине - 96,9%, по толщине - 99,8%. Из чего можно заключить, что смесь является однородной не только по внешнему виду, но и по размерным характеристикам, что, в свою очередь, исключает возможность расслоения смеси на фракции при транспортировке.

Согласно полученым результатам можно сделать вывод о том, что зерно, резко отличающееся по своим реологическим свойствам, допускается к совместной переработке в хлопья, т.к. в процессе водно-тепловой обработки различие реологических свойств невелируется и смесь зерна возможно плющить в хлопья вместе. Данная возможность достигается подбором параметров водно-тепловой обработки. Так же допускается возможность полностью раздельной подготовки круп-полуфабрикатов различных культур и смешивания на этапе плющения.

Рисунок 12 - Смесь хлопьев «рожь + твердая пшеница».

2.2.6 Микробиологические показатели и кислотность хлопьев.

В процессе пропаривания при 0,3 Мпа температура в камере достигает 140-145°С, что в свою очередь приводит к практически полному обеззараживанию готового продукта, которое зависит только от состояния оборудования и емкостей для хранения. Показатели микробиологической активности представлены в таблице 8.

Таблица 8 - Микробиологический анализ зерновых продуктов.

№ образца Микробиологические показатели

Определяемые формы микроорганизмов

КМАФАнМ, КОЕ/г, не более БГКП(колиформы), не допускается в 1 г Дрожжи, КОЕ/г Плесени, КОЕ/г

Факт. Норма Факт. Норма Факт. Норма

№1 (исходное зерно после очистки) 11,6х104 1x10" обнар. в 1 г продукта в 1 г продукта 5400 дрожжи 10 плесени 50

№ 2(пропаренное зерно, не подверженное шелушению) Не обнар. 1х104 Не обнар. в 1г продукта в 1 г продукта Не обнаружены Дрожжи 10 плесени 50

№ 3(хлопья ржаные, после сушки до \У=9-10%) Не обнар. 1x104 Не обнар. в 1г продукта В "1 г продукта Не обнаружены дрожжи 10 плесени 50

Заключение: по микробиологическим показателям не соответствуют нормам СанПиН 2.3.2.1078-01 индекс 3.6.2.3. образец № 1.

ЧП полученных хлопьев составило - 300-500с, в зависимости от параметров производства, что говорит о полной инактивации ферментной системы. Кислотность - 4,4-4,8 град. В процессе хранения в течение полугода кислотность не изменилась.

2.2.7 Параметры и технологическая схема производства хлопьев.

Технологическая схема производства хлопьев из зерна ржи представлена на

Рисунок 13 - Технологическая схема зерноочистительного отделения. Где: 1 - емкости для неочищенного зерна; 2 - весы; 3 - воздушно-ситовой сепаратор; 4 - камнеотборник; 5 -концентратор; 6 - батарея триеров; 7 - шелушитель; 8 — аспирационная колонка; 9 -магнитная защита.

Параметры производства хлопьев по данной технологии: увлажнение до 25-28%; отволаживание в течение 24-48 часов; пропаривание в течение 5-10 минут при давлении 0,3 МПа; подсущивание до влажности 18-20%; шелушение до выхода крупы-полуфабриката 90%; плющение на гладких валах при отношении окружных скоростей 1:1.

фракция

3

М

Ё

/

V

\7 Ч7\7

7

СЬ О). П) О СЬ Оз

о о

о о о

. А

V7 '\"7

V ч/

Сь Сь

■+. Ш

Но <рссо&<у

Рисунок 14 - Схема производства хлопьев из зерна ржи: 1 - увлажнительный аппарат, 2 - силосы, 3 - пропариватель, 4 - сушилка, 5 - шелушитель, 6 - аспирационпая колонка, 7 -плющилка, 8 - сепаратор, 9 - пневмосортировальный стол, 10 - магнитная защита.

3. АПРОБАЦИЯ ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

На основании проведенных исследований разработаны проекты нормативно-технической документации на технологию производства хлопьев быстрого приготовления из зерна ржи в промышленных условиях.

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

4. ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработана технология производства ржаных хлопьев с повышенным выходом и высокими потребительскими достоинствами.

При выработке ржаных хлопьев рекомендована следующая последовательность и режимы технологических операций: предварительная очистка ржи от примесей, увлажнение до влажности не менее 25% и отволаживание в течение 24 часов, пропаривание при давлении пара 0,3 МПа в течение 10 минут. Пропаренное зерно подсушить и шелушить до выхода крупы-полуфабриката 90%. На заключительном этапе из полученных после плющения хлопьев удалять крошку и мучку, хлопья доводить до влажности не более 14 %.

2. Показано влияние параметров холодного кондиционирования на реологические свойства зерна, установлены рациональные режимы увлажнения и отволаживания. Показано, что при данных режимах происходит активация собственной ферментной системы зерна.

3. Показана целесообразность использования «легкой» фракции концентратора для производства хлопьев, т.к. она обладает более высокой ферментативной активностью, которая проявляется при производстве хлопьев.

4. Установлен рациональный режим шелушения, который обеспечивает высокие потребительские свойства при высоких прочностных свойствах получаемых продуктов.

5. Показана взаимосвязь режимов кондиционирования и параметров пропаривания, и установлены их рациональные соотношения. Установлено, что размер и прочность хлопьев зависят от реологического состояния шелушенного зерна ржи, тогда как реологическое состояние определяется параметрами пропаривания и кондиционирования зерна. Увеличение начальной влажности зерна и времени пропаривания приводит к улучшению качества хлопьев.

6. В исследовании показано влияние способа пропаривания на кинетику увлажнения зерна. Показана целесообразность пропаривания дискретным способом в лабораторных условиях и импульсным методом в условиях производственных предприятий.

7. Показано, что темперирование зерна после пропаривания не приводит к увеличению выхода и улучшению качества хлопьев

8. В исследовании показано, что разработанная технология может быть использована для других культур. Реологические свойства твердой пшеницы при данных параметрах подготовки достигают идентичности по реологическому состоянию с зерном ржи.

Рекомендованные режимы обработки носят универсальный характер и могут быть использованы при переработке различных культур. Что позволяет проводить их совместную переработку и подтверждено исследованиями по переработке смеси «рожь/твердая пшеница».

9. Установлено, что при данных параметрах водно-тепловой обработки происходит стерилизация продукта.

10. Разработан проект ТУ на ржаные хлопья быстрого приготовления и не требующие варки с повышенным выходом.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

в изданиях, входящих в список ВАК:

1. Панкратов Г.Н., Афонасенко К.В. Влияние реологических свойств зерна на процесс производства ржаных хлопьев И Хлебопродукты. — 2014. - N26 -с. 42-43.

2. Афонасенко К.В., Панкратов Г.Н., Богатырева Т.Г. Ржаные хлопья из биоактивированного зерна//Хлебопродукты.— 2014. -№11 - с. 64-65.

3. Афонасенко К.В., Панкратов Г.Н. Смесь хлопьев быстрого приготовления с использованием ржи // Хлебопродукты. — 2015. - №4 - с. 53-55.

в других изданиях

4. Афонасенко К.В., Панкратов Г.Н. Предварительное измельчение, как способ управления технологическим процессом размола зерна // Научные труды 6-ой конференции молодых ученых и специалистов институтов Отделения

хранения и переработки сельскохозяйственной продукции «Фундаментальные основы и передовые технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности» - Издательство РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2012г. -с. 17-20.

5. Афонасенко К.В., Панкратов Г.Н. Разработка смеси хлопьев быстрого приготовления с использованием ржи // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Здоровье человека и экологически чистые продукты питания-2014» - Госуниверситет - УНПК. - Орел: Госуниверситет - УНГТК. 2014. -с.133-138.

6. Панкратов Г.Н., Афонасенко К.В. Технология ржаных хлопьев повышенной пищевой ценности и быстрого приготовления // Сборник материалов научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Вопросы длительного хранения продовольственных товаров, товароведения и технологий общественного питания» -М.: Издательский комплекс МГУПП, 2014. - с. 56-58.

7. Афонасенко К.В., Панкратов Г.Н. Разработка технологии производства хлопьев быстрого приготовления из смеси ржи и твердой пшеницы // Хранение и переработка зерна. — 2015. - № 1. - с. 40-42.

SUMMARY

Technology of fast prepared flakes with using bioactivated rye. Afonasenko K.V.

Technology of the production a fast cooked flakes from rye grain was developed The parameters of preparation of grain for flattening and their influences on the quality of cereals was established

It shows the interrelation of the Theological properties of semi-finished cereal characteristic on quality of ready products

The technology establish the possibility of joint processing of grain with different rheological properties in cereals in order to control the chemical composition and taste.

Shows the influence of the parameters of the water-heat treatment for microbiological contamination of cereal.

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ЧП - число падения, с;

В„ - выход хлопьев, %;

В мучки- выход мучки, %;

В,ф - выход крупной фракции хлопьев, %;

Вм - выход мелкой фракции хлопьев

Кш - коэффициент шелушения, %;

Тш - время шелушения, с;

Х-деформация, мкм;

Wh - начальная влажность зерна, %;

Тпр - время пропаривания, мин;

Рпара - давление пара, МПа.

Подписано в печать:

20.04.2015

Заказ № 10751 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru