автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Усовершенствование технологии производства пшеничных хлопьев готовых к употреблению

На правах рукописи

Куропаткина Ольга Викторовна

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПШЕНИЧНЫХ ХЛОПЬЕВ ГОТОВЫХ К УПОТРЕБЛЕНИЮ

Специальность 05.18.01 — «Технология обработки, хранения и

переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О МАЙ 2015

Москва-2015

005569220

005569220

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

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Кирдяшкин Владимир Васильевич

Официальные оппоненты:

Фейдепгольд Владимир Борисович,

доктор технических наук, профессор, НОУ ДПО «Международная промышленная академия», заведующий кафедрой зерна и продуктов его переработки

Роенко Татьяна Федоровна,

кандидат технических наук, директор по развитию компании «Ворлд Маркет»

Ведущая организация:

ГНУ НИИ пшцекопцентратной промышленности и специальной пищевой технологии

Защита диссертации состоится «18» июня 2015 г. в 12.00 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 и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»: http://www.mpupp.ru

Электронная версия автореферата размещена на официальном сайте ВАК Министерства образования и пауки РФ http://www.vak.cd.gov.ru

Автореферат разослан « У » 2015 г.

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

Г.Г. Дубцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современном обществе остро стоит проблема здорового питания. В связи с постоянно возрастающей динамикой современной жизни актуален вопрос создания новых продуктов с минимальным временем приготовления или полностью готовые к употреблению, с повышенной биологической и физиологической ценностью. Таким продуктом являются хлопья из цельного зерна пшеницы, готовые к употреблению, способные составить основу полноценного рациона при малых затратах времени.

Известна полезность пшеницы для человека из-за наличия в ней незаменимых аминокислот (изолейцин, валин, гистидин), липидов, необходимых микроэлементов, а также витаминов группы В.

В процессе производства хлопьев, готовых к употреблению, важную роль, играет термическая обработка крупяного сырья. Она позволяет значительно снизить время приготовления продукта, повысить его пищевую ценность и увеличить доступность содержащихся в зерне биологически активных веществ.

Традиционная технология производства пшеничных хлопьев готовых к употреблению состоит из следующих этапов; очистка и мойка зернового сырья, варка крупы в варочном аппарате в большом количестве воды, плющения крупы, обжарки полученных хлопьев в обжарочшлх печах. Данная технология является весьма трудоемкой и энергозатратной. Традиционное оборудование и техника с помощью которой осуществляются классические технологии в настоящее время устарели и значительно изношены поэтому было решено усовершенствовать технологический процесс с помощью применения современных физических методов тепловой обработки в частности ИК-из лучения.

Технология обработки зернового сырья инфракрасным излучением получает все большее распространение в пищеконцентратной промышленности. Преимущество такой обработки состоит в том, что инфракрасные лучи нагревают объект по всему объему за короткий промежуток времени, это приводит к значительным и регулируемым модификациям его физико-химических свойств и способствует сохранению витаминов и биологически активных веществ.

Степень разработанности. Теоретическая и научно-практическая база для производства данного вида продуктов была заложена в работах Гинзбурга A.C., Гинзбурга М.Е., Гуляева В.Н., Панфиловой И.А, Мельникова Е.М., Панкратова Г.Н.. Несмотря на активный интерес к данной тематике, вопросы совершенствования технологии производства крупяных хлопьев, готовых к употреблению остаются нерешенными.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилась разработка и внедрение технологии производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению с повышенными функционально технологическими свойствами, повышенным содержанием функциональных компонентов.

В соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи исследований:

- разработать и обосновать технологические приемы первичной механической

обработки (шелушения) зерна пшеницы для улучшения органолептических и

функциональных свойств готового продукта;

определить основные параметры мойки пшеничной крупы перед тепловой обработкой;

исследовать режимы интенсивной инфракрасной обработки зерна пшеницы; выявить параметры дополнительной обработки пшеничной крупы после воздействия интенсивного инфракрасного излучения;

- определить оптимальные режимы механической обработки (плющения) пшеничной крупы;

разработать технологические приемы обжарки пшеничных хлопьев, для придания им свойств продукта, готового к употреблению;

- исследовать функциональные, физико-химические и биохимические свойства, получаемых продуктов и кулинарные достоинства готовых к употреблению хлопьев;

- обосновать технологический процесс производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению;

- разработать исходные требования к техническому заданию на линию производства продуктов из пшеницы с использованием инфракрасной обработки;

провести опытно-промышленную проверку технологии и линии по производству продуктов из пшеницы;

- разработать техническую документацию па пшеничную крупу быстрого приготовления и на хлопья пшеничные, не требующие варки и хлопья, готовые к употреблению.

Научная повизна работы. Впервые установили режимы обработки зерна пшеницы инфракрасным излучением, для придания ему качеств готового к употреблению продукта.

Обоснованы оптимальная степень увлажнения и режимы мойки зерна пшеницы перед термической обработкой.

Разработаны технологические приемы обработки зерна интенсивным инфракрасным излучением с перемещением влаги в зерне в виде пара и сопровождающиеся его термодеструкцией.

Определены параметры основных технологических операций производства продуктов из пшеницы - крупы, быстрого приготовления, хлопьев, не требующих варки и хлопьев, готовых к употреблению.

Выявили показатели качества полученных продуктов, по разработанной новой энергосберегающей технологии.

Теоретическая практическая значимость. На основании экспериментальных исследований предложена энергосберегающая технология производства пшепичной крупы, быстрого приготовления. Хлопьев пшеничных, не требующих варки и хлопьев пшеничных, готовых к употреблению позволяющая снизить энергозатраты по сравнению с традиционной технологией производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению.

Разработан проект технических условий «Хлопья из зерна пшеницы, готовые к употреблению».

Проведена совместная опытно-промышленная апробация ФГБОУ ВПО «МГУПП» и ООО «ПК Старт» разработанной технологии и оборудования для шелушения, увлажнения, термической обработки, сушки и плющения зерна пшеницы.

Оценка эффективности и риска инвестиций показала, что капитальные вложения окупаются через 8 месяцев, а себестоимость 1 кг крупяного продукта составляет 42,8 рубля.

Положения, выносимые на защиту:

- технология производства пшеничной крупы быстрого приготовления; технология производства пшеничных хлопьев быстрого приготовления; технология производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению;

- совокупность экспериментальных данных по влиянию интенсивной тепловой обработки инфракрасным излучением на физико-химические и потребительские свойства получаемых продуктов

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

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях: Межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров» (Москва, 16-17 апреля 2011 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, положительное решите о выдаче патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, экономической части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 134 страницах основного текста, включает 40 рисунков и 30 таблиц. Список литературы включает 133 источника российских и зарубежных авторов

ОСНОВОЕ 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 научно-технической литературы систематизированы общие вопросы о характеристики пшепицы, как сельскохозяйственной культуры, с точки зрения ншцевой и биологической ценности. Обобщены и проанализированы различные способы термической обработки зерна пшеницы, с целью получения продуктов, готовых к употреблению. Представлены способы обработки для получения продукта, готового к употреблению, с помощью обжарки, а также выявлены основные критерии, обеспечивающие длительное хранение полученных продуктов. Приведены достоинства инфракрасной обработки зерна по сравнению с другими методами теплового воздействия.

На основании анализа научно-технической литературы выявлена необходимость и целесообразность разработка и внедрешге технологии производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению с повышенными функциональными свойствами.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводились в лаборатории кафедры «Технология переработки растительного сырья» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

2.1. Объекты и методы исследований

Структурная схема исследования приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема проведения исследований

Для проведения исследований использовали зерно пшеницы 4 класса по ГОСТ Р 52554-2006. В качестве методов исследования применяли типовые, стандартные методики.

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

Шелушение зерна пшеницы проводили на установке А1-ЗШН, позволяющей регулировать количество снимаемых оболочек.

Исследование процесса мойки (увлажнения) зерна пшеницы, проводили с использованием моечной машины А1-БМГ.

Исследование процесса первичной термической обработки и процесса обжаривания пшеничных хлопьев проводили на экспериментальном стенде (ООО «ПК Старт») ИК-излучением с различной интенсивностью (рис. 2).

Рисунок 2 - Схема экспериментальной установки для исследования процесса обезвоживания единичных зерен при инфракрасном облучении: 1 - терморадиационная камера, 2 -излучатели, 3 - отражатели, 4 - сетчатый поддон, 5 - направляющие, 6 тиристорный блок, 7 - датчики плотности теплового потока, 8 - поверхностные датчики плотности теплового потока, 9 -термометр, 10 - ИТ-2,

11 - измеритель цифровой комбинированный Е051.122, 12 - вентилятор, 13 - нагреватель, 14 -контактный термометр, 15 - диффузор, 16 - устройство автоматического взвешивания, 17 -Р5232, 18 - персональный компьютер, 19 - исследуемый материал.

Плющение зерна проводили на плющильном агрегате У1-РСА-4 конструкции ВНИИЗ с гладкими валками, оснащенного амперметром, показывающим рабочий ток двигателя.

Статистическую обработку данных осуществляли с помощью программного обеспечения 31айз11са 6.0.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ II ИХ АНАЛИЗ

3.1. Влияние первичной механической обработки зерна пшеницы на функциональные свойства получаемой пшеничной крупы

Одним из наиболее важных процессов в технологи производства хлопьев, готовых к употреблению, оказывающий влияние на качество готового продукта, является процесс удаление плодовых оболочек, которые формируют жесткое внешнее покрытие зерна пшеницы.

Различают два вида оболочек: плодовую и семенную. Плодовая состоит из трех слоев, клетки каждого удлинены вдоль или поперек оси зерна, причем та и другая форма клеток чередуется. Наиболее прочным и устойчивым является слой продольных клеток оболочки, он устойчив к различным видам обработки и непроницаем для воды, что придает оболочке зерна ее прочность.

Крупяное сырье является источником пищевых волокон, которые относятся к функциональным пищевым ингредиентам. Клетчатка вместе с гемицеллюлозами

составляет основную часть клеточных стенок. Наибольшее количество клетчатки находится в цветочных пленках зерна в комбинации с лигнином.

Известно, что лигнин и целлюлоза, плохо поддаются какой либо обработки и не перевариваются в организме человека, чем способны вызывать различные расстройства пищеварения при употреблении их в большом количестве.

Исследовано влияние степени шелушения зерна пшеницы на количество лигнина в получетой, в результате такой обработки пшеничной крупы.

Рисунок 4 - Изменение содержания лигнина и КМАФАнМ в пшеничной крупе в зависимости от количества снятых оболочек

Из графиков на рисунке 4 видно, что оптимальным является снятие поверхностных оболочек в количестве 40% от их общей массы. Данное количество способно обеспечить как гигиеническую безопасность продукта, так и наличие функциональных свойств. При дальнейшем их снятии зерно пшеницы теряет свои функциональные свойства из-за снижения количества пищевых волокон.

3.2. Влияние количества остаточных оболочек на сорбционнме свойства пшеничной крупы в отношении токсических элементов

К числу наиболее значимых функционально технологических свойств пищевых волокон относят водопоглотительную, водоудерживающую способности, ионообменные и сорбционные свойства.

Клетчатка зерна пшеницы играет большую роль в пищеварении: она регулирует двигательную функцию кишечника, способствуя этим снижению сердечно-сосудистых, раковых и других заболеваний, препятствуя ожирению человека.

Были проведены исследования влияния первичной механической обработки на водоудерживающую способность (рисунок 5) а так же на сорбционную способность зерна

пшеницы с различным количеством оболочек. % 5

4,5

4

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 О

вв шив ' .....................................................................................

11 1

«И ■ 1 ..................................

1- рнк_ яэяз!

Ян шН

Исходное зерно Пшеничная крупа со Пшеничная крупа со Полностью очищеное пшеницы снятием 4,8-5,0% снятием 8,0-9,0% от оболочек зерно

оболочек оболочек пшеницы

Рисунок 5 - Водоудерживагощая способность пшеничной крупы с различным количеством оболочек

Рисунок 6 - Диаграмма сорбции тяжелых металлов зерном пшеницы и пшеничной крупой с различным количеством снятых оболочек из трехкомпонентного стандартного раствора с концентрацией элементов 0,5 мг/л

Свинец Кадмий Стронций

® Исходное зерно пшеницы

Зерно пшеницы со снятием 4,8-5,0% оболочек

Зерно пшеницы со снятием 8,0-9,0% оболочек алейронового слоя я Полностью очищеное от оболочек зерно пшеницы

® Исходное зерно пшеницы

Крупа пшеничная со снятием 4,8-5,0% оболочек

^ Крупа пшеничная со снятием 8,0-9,0% оболочек с алейроновым слоем

^ Полностью очищенное от облочек зерно пшеницы

Рисунок 7 - Диаграмма сорбции метиленового голубого зерном пшеницы и пшеничной крупой с различным количеством снятых оболочек

Известно, что сорбция метиленового голубого напрямую связана с сорбцией некоторых микроорганизмов, например, Е. Coli., которые могут плохо влиять на процесс пищеварения человека.

Таким образом, неполное снятие оболочек зерна пшеницы придает готовому продукту, функциональные свойства и повышает сорбционную способность в отношении экотоксических веществ и бактериальных токсинов.

Анализ результатов показывает, что по мере снятия оболочек, способность к связыванию ионов, находящихся в трехкомпонентной смеси, и метиленового голубого падает, пропорционально остаточному количеству оболочек. Эффективность сорбции наиболее токсичных и важных на практике элементов: свинец, кадмий и стронций, из трехкомпонентного стандартного раствора у зерна пшеницы с остаточным количеством оболочек 4,8-5,0% от массы зерновки не снижается относительно целого. Но при большем количестве оболочек наблюдается повышенное содержание лигнина, который затрудняет перевариваемость и усвояемость готового продукта и значительное ухудшение органолептических свойств готового продукта. Наиболее оптимальным будет использование пшеничной крупы с остаточным количеством оболочек 4,8-5,0% что обеспечивает выраженные функциональные свойства, микробиологическую безопасность и легкую усвояемость полученного продукта.

3.3. Определение степени увлажнения пшеничной крупы перед тепловой обработкой

Водно-тепловая обработка круп при производстве продуктов быстрого приготовления в пищеконцентратной промышленности, осуществляют острым паром в присутствие воды, которая впитывается в продукт.

Исследования, проведенные во ВНИИКОП, показали, что оптимальная влажность крупы для получения необходимых изменений углеводного комплекса составляет 30-40%. При влажности крупы выше этого значения, ухудшаются потребительские свойства продукта.

Пшеничная крупа, при степени увлажнения 33-35% в процессе тепловой обработки имеет достаточное количество водорастворимых соединений, значительно больше, чем у

гречневой, кукурузной и т.д. крупы. При этой влажности не наблюдается повышенная вязкость готового продукта.

По данным различных исследований, мойка крупы при температуре выше 55°С вызывает ряд нежелательных явлений, отрицательно сказывающихся на качестве продукта, таких как коагуляция белка, карамелизация Сахаров и меланоидинообразование.

Увлажнение проводили в шнековой моечной машине в течение различного времени при разной температуре воды. Кинетика водопоглощения исходной пшеничной крупой и полуфабрикатом, представлена на рисунках 8 и 9.

2 4 6 8

Продолжительность мойки зерна пшеницы, мин

Рисунок 8 - График изменения влажности исходного зерна пшеницы в процессе мойки

2 4 6 8

Продолжительность мойки пшеничной крупы, мин

50°С 40°С

30°С 20°С

Рисунок 9 - Изменение влажности пшеничной крупы в процессе мойки

Исследования показали, что отсутствие продольных клеток плодовой оболочки значительно оказывается на водопоглотигельной способности полуфабриката. Время, достаточное для достижения необходимой степени увлажнения (33-35%), составляет для исходной пшеничной крупы 9-10 мин, а полуфабрикат достигает этой степени увлажнения за 4-5 мин при температуре 40 °С.

3.4. Выбор температурного режима обработки пшеничной крупы

Как известно инфракрасная обработка зернового сырья может происходить в двух направлениях. Первое направление, когда при нагреве с определенной мощностью лучистого потока происходит миграция влаги из внутренних слоев на поверхность. Второе направление, когда под действием мощного излучения (на основе явления термовлагопроводности) влага перемещается внутрь зерновки, превращается там в пар, создавая высокое давление, которое разрушает зерновку изнутри.

Для проведения процесса тепловой обработки по второму направлению необходимо определить параметры процесса тепловой обработки, при которых наблюдается необходимое явление термодеструкции. Поэтому было исследовано влияние влажности пшеничной крупы на температуры при которой происходит разрыв структуры.

20 30 40 50 60 70 80 90 100 Влажность пшеничной крупы, %

Рисунок 10 - График изменения температуры разрушения структуры пшеницы в зависимости от

ее влажности

Из приведенного, на рисунке 10, графика видно, что вспучивание зерна и разрушение его структуры происходит при разной температуре, зависящей от количества влаги, находящейся в зерне. Так, при влажности 14-15% разрушение зерновки и выброс пара наблюдается при 130 "С. По мере увеличения влагосодержания зерна, изменяется и форма связи влаги с материалом, температура разрушения зерновки падает. При влажности 33-35%, температура крупы в момент ее разрушения 106-108 "С, а при влажности крупы менее 2 %, разрушения структуры не происходит.

3.5. Выбор мощности лучистого потока инфракрасного излучения при обработке крупы влажностью 30-35%

Важным достоинством инфракрасного нагрева является возможность обработки материала большой мощностью лучистого потока. От мощности подаваемой энергии, зависит скорость на1-рева обрабатываемого объекта.

Исследовали влияние мощности лучистого потока подаваемой энергии и влажности пшеничной крупы на характер изменения ее структуры в процессе обработки.

80 Е в 70 и я а 2 60 о а ? 50 и л 40 Ь с 9 § 30 2

---

1 0 1 Влаа 3 2 кность п 0 2 шеничн 5 3 ОЙ круп! 0 35 4 »1, % 0 45

Рисунок 11 - Изменение мощности лучистого потока необходимого для разрушения структуры пшеничной крупы в зависимости от ее влажности

Проведенные исследования позволили определить режимные параметры обработки пшеничной крупы, позволяющие получить продукт с измененными структурно-механическими свойствами.

Таким образом, для проведения процесса тепловой обработки пшеничной крупы влажностью 32-33% с возникновением явления термодеструкции материала, мощность излучения должна составлять 58-60 кВт/м2.

3.5. Определение параметров тепловой обработки пшеничной крупы

Для получения круп, готовых к употреблению, необходимо продолжительное температурное воздействие. Это время необходимо для осуществления процессов клейстеризации крахмала, пептизации протопектина, денатурации белка, то есть для проведения тех изменений, которые соответствуют характеристикам готового продукта.

180

и 150

.................................

>. 120 ■

100

.....

лп

га

£- 30 '

1 20

0 20 30 40 50 60 70 8 Продолжительноть обработки пшеничной крупы ИК излучением, с 0

Рисунок 12 - Изменение температуры пшеничной крупы в процессе при обработки

ИК излучением

При сохранении плотности лучистого потока на уровне 58-60 кВт/м2, температура крупы, как видно из рисунка 12, резко возрастает и начинается обгорание ее поверхности.

Для увеличения времени температурного воздействия на пшеничную крупу, плотность лучистого потока необходимо быстро снизить до достижения ей температуры 100-102 °С (Рисунок 13).

и Ol

л 100 с >- о.

О X т S

3 с го

го о. си 1 20 «11

0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Время обработки пшенчной крупы ИК излучением, с

Рисунок 13 - Изменение температуры пшеничной крупы в процессе тепловой обработки Для поддержания температуры на уровне 100-102 °С мощность лучистого потока автоматически снижалась, по средствам снижения напряжения электрического тока на генераторе излучения, связанного обратной связью с инфракрасным пирометром и блоком управления подаваемой мощности.

Изменение мощности лучистого потока в процессе обработки пшеничной крупы, представлено на рисунке 14.______

5 О 10 15 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 10

Время обработки пшеничной крупы ИК излучением, с

Рисунок 14 - Изменение мощности лучистого потока в процессе тепловой обработки

пшеничной крупы

После интенсивной обработки температура крупы составляет 106-108 °С. В результате залпового выброса пара разрушается структура зерновки, влажность ее снижается за 6-8 с со значения 32-33% до 30-29% и крупа приобретает пористую структуру. График изменения влажности пшеничной крупы в процессе ее обработки ИК излучением представлен на рисунке 15.

38 36 *34 2 1 32 >s 0 1 30 ЭГ S X I 28 с л Ь 26 О X X 24 R) С m 22

i | ; \

- -

__ 1

-

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Время обработки пшеничной крупы ИК излучением 160 с 170 180

Рисунок 15 - Изменение влажности пшеничной крупы в процессе обработки ИК

излучением

Поддержание данных параметров тепловой обработки пшеничной крупы с исходной влажностью 32-33% инфракрасным излучением, позволяет получить крупу, после обработки в течении 180 с, с влажностью 22-23% и температурой 98-102°С и при этом крупа приобретает пористую структуру.

3.6. Исследование процесса релаксации пшеничной крупы после термообработки

Пшеничная крупа после инфракрасной обработки имеет высокую температуру 10298 °С.

Исследована возможность использования энергии инфракрасного излучения, приобретенной крупой, в целях дополнительной тепловой обработки, включающей в себя выдержку крупы (темперирование) в теплоизолированном бункере.

В процессе релаксации температура пшеничной крупы снижалась со 98-102 °С до 80-70 °С.

Было исследовано влияние времени выдержки пшеничной крупы, после интенсивной инфракрасной обработки, в термоизолированном бункере на влажность получаемого полуфабриката степень модификации углеводного комплекса; степень клейстеризации крахмала и количество образовавшихся декстринов.

Критериями оценки процесса темперирования крупы, при высоких температурах выбрали изменение содержания витаминов В! и В2.

0 г 4 6 в 10 12

Длительность темперированна пшеничной крупы, мин

- ■содержание витамина В* "содержание витамина В,

Рисунок 15 - Изменение содержания витаминов В| и В2 в пшеничной крупе в процессе ее темперирования в термоизолированном бункере

В результате исследования (Рисунок 15), установлено, что оптимальное время выдержки пшеничной крупы в термоизолированном бункере составляет 8-9 минут, в течение которых содержание витаминов В] и В2 изменяется не значительно.

При более длительном темперировании влажность пшеничной крупы снижается до значений, при которых она теряет свою пластичность и приобретает хрупкие свойства, что не позволяет в дальнейшем получить хлопья хорошего качества. Изменение влажности пшеничной крупы в процессе темперирования представлено на рисунке 16.

О 2 4 6 8 10

Время выдержки пшеничной крупы в теплоизолированном бункере, мин

Рисунок 16 - Изменение влажности пшеничной крупы в процессе ее темперирования в термоизолированном бункере Дополнительная тепловая обработка увеличивает степень подготовки круп к употреблению в пищу и улучшает их кулинарные достоинства.

%

Б

4,5 ■ 4

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

Степень

клейстеризации

Исходное зерно пшеницы

Пшеничная крупа обработанная ИК-нзлучением

Пшеничная крупа обработанная ИК-нзлучениеми после темперирования

Рисунок 17 - Диаграмма изменения количества декстринов и степени клеистеризации крахмала пшеничной крупы в процессе ее темперирования в термоизолированном бункере

Из графиков на рисунке 17 видно, что дополнительное темперирование способствует более полной модификации крахмала, о чем свидетельствует увеличение степени клейстеризации и количества декстринов.

Применение комбинированного метода обработки пшеничной крупы с использованием особенностей инфракрасного облучения и дополнительной тепловой обработки, полученной крупой в результате инфракрасного воздействия, позволяет улучшить качественные характеристики продукта, повысить его биодоступность.

3.7. Характеристика пшеничной крупы полученного по данному способу

Полученная по выше описанному способу пшеничная крупа может быть высушен до влажности 10-12% с при помощи инфракрасного излучения и использоваться для приготовления гарнира.

%зо

20

6 «

-ш-

Исходная пшен|

Варено-сушеная пшеничная крупа полученная по

традиционной технологии

Пшеничная крупа обработанная ИК-излучением

Пшеничная крупа обработанная ИК-излучением, после темпертирозэния

й Влажность

® Количество декстринов

* Степень клейстеризации ^ Количество водорастворимых веществ

Рисунок 18 - Качественные показатели исходной пшеничной крупы, варено-сушеной крупы, полученной по традиционной технологии и пшеничной крупы, полученной при помощи ИК

излучения

Из диаграммы на рисунке 18, дополнительное темперирование позволяет значительно улучшить качество продукта по сравнению с исходной пшеничной крупой и варено-сушеными крупами, полученными по традиционной технологии. Так, значительно увеличивается степень клейстеризации крахмала в 8 раз по сравнению с исходной крупой и в 4 раза по сравнению с варено-сушеными крупами. Значительно возрастает и содержание декстринов с 0,4% у исходной пшеничной крупы, до 14%, что на 5% выше, чем у пшеничной крупы, подвергнутой только интенсивному инфракрасному воздействию.

Значительно повышается пищевая ценность и усвояемость, благодаря значительному увеличению количества водорастворимых веществ на 8% по сравнению с варено-сушеными крупами, и на 4% по сравнению с пшеничной крупой, не подвергавшейся темперированию.

Потребительская ценность зависит от цвета, внешнего вида и кулинарных свойств крупы. Кулинарные свойства крупы характеризуются вкусом, запахом и консистенцией а также продолжительностью варки, увеличением объема сваренной крупы.

Продолжительность варки обработанной пшеничной крупы составляет 10-12 мин что в 4 раза меньше времени варки исходной крупы.

Таблица 2 - Сравнительная характеристика пшеничных круп, после различных типов обработки

Наименование показателя Цвет Запах Вкус Консистенция Время варки, мин

Исходная пшеничная крупа Вязкая 40-45

Пшеничная крупа обработанная ИК излучением Свойственный данному виду продукта рассыпчатая 20-25

Пшеничная крупа подвергнутая темперированию Рассыпчатая упругая 10-12

3.8. Плющение полученной пшеннчной крупы

Механическая обработка, влияет на целый ряд параметров, определяющих качество продуктов из круп. Плющение увеличивает коэффициент водопоглощения, содержание водорастворимых веществ и улучшает потребительские достоинства готового продукта.

Исследованы качественные показатели хлопьев различной толщины; 1,1-1,0 мм, 0,5-0,6 мм и 0,3-0,4 мм. Основным показателем качества проведенной механической обработки, является выход готового продукта и количество отходов. (Таблица 3)

Таблица 3 - Гранулометрический состав и выход пшеничных хлопьев, различной толщины

Толщина хлопьев, мм Количество ломанных хлопьев, % Количество крупки, % Количество мучки, % Выход готового продукта, %

1,0-1,1 5,9 0,2 0,8 91

0,5-0,6 9,7 0,3 0,9 88,5

0,3-0,4 22,4 1,3 2,3 51

Наибольший выход готового продукта наблюдается при толщине хлопьев 1,0-1,1 мм а минимальный - при толщине 0,3-0,4 мм.

Однако, толщина зерновых хлопьев влияет на время доведения их до готовности к употреблению в пищу. Влияние этого параметра представлено в таблице 4.

Толщина хлопьев, мм 1,0-1,1 0,5-0,6 0,3-0,4

Время варки, мин 6-8 Запаривание в горячей воде 10-12 Запаривание в горячей воде 8-10

Хлопья толщиной 0,5-0,6 мм и 0,3-0,4 мм готовы к употреблению уже после кратковременного настаивания в горячей воде в течении 10-12 мин и 8-10 мин соответственно.

3.9. Определение времени обжаривания под воздействием интенсивного инфракрасного излучения

Для получения продуктов готовых к употреблению применяется такой способ обработки, как обжарка.

После плющения хлопья имеют влажность 18-19% и не готовы к употреблению в

пищу.

Обжарку полученных пшеничных хлопьев проводили с использованием интенсивного инфракрасного излучения. Время обработки хлопьев определяли по органолептическим показателям.

140

х 100

20 30 40 50 60 70

Время обжаривания пшеничных хлопьев, с

Рисунок 19 - Изменение температуры пшеничных хлопьев в процессе их обжарки с использованием ИК излучения.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 Э0

Бремя обжаривания пшеничных хлопьев, с

Рисунок 20 - Изменение влажности пшеничных хлопьев в процессе обжаривания с использованием ИК излучения Из рисунков 19 и 20 видно, что в процессе обжарки образец теряет влагу, в результате чего она снижается с 18-19% до 10-12%, что сопровождается значительным повышением его температуры с 20 °С до 112 °С, при этом хлопья вспучиваются. На отрезке времени с 40 до 80 с, влажность пшеничных хлопьев снижается незначительно до значений 6-7%, температура образца составляет 135-140 °С.

При дальнейшем воздействии интенсивного инфракрасного излучения температура хлопьев резко возрастала до 150-160 "С, в результате чего происходило частичное обгорание их поверхности.

Таким образом, оптимальным временем обжарки пшеничных хлопьев для придания свойств продукта, готового к употреблению, составляет 75-85 с. В результате, пшеничные хлопья имеют нежную воздушную структуру, приятный аромат и цвет.

3.9. Влияние обжаривания на характер набухания готового продукта

Известно, что набухание является важным технологическим свойством зерновых культур, определяющим время приготовления и консистенцию готового продукта в процессе приготовления.

Исследована кинетика набухания обжаренных пшеничных хлопьев готовых к употреблению.

80

.....

Обжаренные

пшеничнь!е

хлопья

Но обжаренные пшеничные

10

10 20 30 40

Время темперирования пшеничных хлопьев, мин

Рисунок 21 - Кинетика набухания пшеничных хлопьев до и после обжарки под воздействием интенсивного инфракрасного излучения График на рисунке 21 показывает, что после обжарки пшеничные хлопья достигают наибольшего водопоглощения гораздо быстрее, чем не обжаренные. Это свойство обусловлено более легкой и пористой структурой хлопьев после процесса обжарки, жидкость легко проникает в глубь продукта.

3.10. Качественная характеристика пшеничных хлопьев, готовых к употреблению

%

30

5 20

Исходная пшеничная крупэ

■ Влажность Количество декстринов

Пшеничные хлопья, готовые к употреблению полученные по традиционной технологии

Хлопья пшеничные, готовые к употреблению

■ Степень клейстеризации ^Количество водорастворимых веществ

Рисунок 22 - Качественные характеристики полученных пшеничных хлопьев и исходной пшеничной крупы

Анализ результатов исследований показывает, что проведенная технологическая обработка пшеничной крупы способствует протеканию различных модификаций углеводного комплекса пшеничной крупы в полном объеме.

Степень клейстеризации крахмала у пшеничных хлопьев, полученных по описанной технологии, составляет 18,5%, после обжариваши, что на 10% больше чем у пшеничных хлопьев быстрого приготовления, полученных по традиционной технологии, и в 10 раз превышает их количество в исходной пшеничной крупе. Также увеличивается количество декстринов с 17 % у хлопьев готовых к употреблению, до 26% у полученных пшеничных хлопьев. Данные изменения структуры крахмала повышают его атакуемость амилолитическими ферментами.

Увеличивается содержание водорастворимых веществ в пшеничных хлопьях готовых к употреблению в 5 раз по сравнению с исходной крупой, ив 1,5 раза по сравнению с хлопьями быстрого приготовления, полученными по традиционной технологии.

Следует отметить, что пшеничные хлопья, готовые к употреблению имеют низкую влажность 6-7%, что гораздо ниже, чем у пшеничной крупы и хлопьев быстрого приготовления. Это обеспечивает длительный срок безопасного хранения.

Таблица 5. Сравнительная характеристика потребительских достоинств полученного продукта

Показатели

Органолептические показатели

Влажность, % Цвет Запах Вкус, консистенция

Хлопья пшеничные, полученные по традиционной технологии 10-12 Светлый бежевый, равномерный Характерный аромат пшепицы Хрустящие хлопья, вкус соответствующий данному виду продуктов

Хлопья пшеничные обжаренные 6-7 Золотистый со светло-коричневыми вкраплениями Обладает приятным ароматом орехов Хрустящие хлопья, вкус приятный сладковатый, с привкусом топленого молока.

Проведенные исследования позволили разработать технологию производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению, с высокими качественными и органолептическими показателями. Обжарка дает возможность получить легкоусвояемый продукт с нежпой хрустящей консистенцией и приятным ароматом. Наличие в хлопьях из пшеницы большого количества семенных оболочек, алейронового слоя и зародыша придает продукту диетические свойства и функциональное назначение.

4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПШЕПИЧНОЙ КРУПЫ

На основании разработанных технологических параметров производства крупы быстрого приготовления, хлопьев, не требующих варки и хлопьев, готовых к употреблению го пшеницы, были разработаны технология производства крупы быстрого приготовления, хлопьев, не требующих варки и хлопьев, готовых у употреблению из зерна пшеницы и исходные требования к техническому заданию на линию производства крупы быстрого приготовления, хлопьев, не требующих варки и хлопьев, готовых к употреблению из зерна пшеницы мощностью 400 - 500 кг/ч с использованием инфракрасного энергоподвода. Документы были переданы в ООО «ПК Старт» для разработки конструкторской документации на линию и ее изготовление.

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

Процесс осуществляется следующим образом. Исходная крупа растаривае^ся из мешков, подается через магнитную колонку на камнеотделительную машину, где освобождается от металлических и минеральных примесей, и поступает в накопительный бункер. Из него подготовленная крупа поступает в зерношлифовальную машину, где с нее сшшается определенное количество плодовых и семенных оболочек, после чего ошелушенная таким образом пшеничная крупа очищается проходя через электромагнитный рассев и аспирационною колонку. Далее крупа поступает через шнек в зерномоечную машину, где происходит ее увлажнение до необходимой влажности. После увлажнения пшеничная крупа ссыпается в бункер-питатель установки для термообработки. Дозирующее устройство бункера-питателя раскладывает крупу на металлическую сетку транспортера с необходимой геометрией и подовым наполнением.

Крупа обрабатывается инфракрасным излучением согласно технологической инструкции. Часть влаги, испаряясь с поверхпости, охлаждает ее и предотвращает перегрев. Остальная влага из оболочки перемещается внутрь, нагревается вместе с сухим веществом крупы, превращается в пар, который разрушает её структуру. Нагретая до необходимой температуры крупа ссыпается в теплоизолированный бункер, где выдерживается при постоянной температуре и атмосферном давлении 6-8 минут и подается через термоизолированный шнек. Пропаренная крупа поступает в охладитель (крупа быстрого приготовления). Для получения хлопьев крупа отлёживается в надплющильном бункере, после чего плющится в хлопья, которые обжариваются при помощи инфракрасного излучения в течении 60 с (пшеничные хлопья быстрого приготовления) и 80 с (пшеничные хлопья готовые к употреблению).

Опытно-промышленный образец линии производства круп быстрого приготовления и хлопьев, не требующих варки, представлен па рисунке 23.

Рисунок 23. Схема технологического процесса получения круп быстрого приготовления и

хлопьев, не требующих варки: 1 - пылеулавливатель, 2 - конвейер винтовой, 3,12- магнитная колонка, 4 -камнеотделительная машина, 5 - шнековый транспортер, 6 - бункер накопительный, 7 -шнек увлажняющий, 8 — установка термообработки зерна, 9, 11 — бункер темперирующий, 10 - шнек темперирующий, 13 - станок плющильный, 14-элеватор, 15 - охладитель, 16, 17, 10 - вентилятор, 18, 19 - батарейная установка циклонов, 21 - вентилятор для подачи воздуха, 22 - компрессор (водяная станция)

Данные результатов приемочных испытаний опытно-промышленного образца линии представлены в протоколе приемочных испытаний (приложение 1).

Опытно-промышленная проверка способа производства круп быстрого приготовления и хлопьев, не требующих варки, из зерна пшеницы проводилась с 12 по 16 апреля 2014 года. Зерно пшеницы (ГОСТ Р 52554-2006), в количестве 1 т, перерабатывалось на опытно-промышленном образце линии. Произведенная продукция в виде круп быстрого приготовления и хлопьев, не требующих варки, анализировалась согласно требованиям к качеству и безопасности. Проводили отбор проб для передачи их в соответствующие органы для получения санитарно-эпидемиологического заключения (приложение 1). На основании санитарно-эпидемиологических заключений технические условия на крупы быстрого приготовления и хлопья зерновые, не требующие варки, были согласованы с управлением Роспотребнадзора по г. Москве и утверждены ООО «ПК Старт» (приложение 1).

Данные результатов опытно-промышленной проверки энергосберегающей технологии производства хлопьев, готовых к употреблению из зерна пшеницы представлены в протоколе испытаний от 16 января 2014г. (приложение 1).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана принципиально новая энергосберегающая технология производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению с использованием ИК-излучения, которая позволяет в 2,5 раза снизить затраты по сравнению с традиционной технологией производства готовых к употреблению зерновых хлопьев.

2. Разработаны приемы первичной механической обработки зерна пшеницы, установлено, что снятие продольных клеток плодового слоя пшеничного зерна в количестве 4,5-5,0% значительно улучшают органолептические показатель готового продукта, не снижая его функциональных свойств;

3. Установлены оптимальные параметры мойки пшеничной крупы, как подготовительного этапа к интенсивной тепловой обработки:

•Оптимальная влажность пшеничной крупы перед термической обработкой должна составлять 33-35%;

•Время мойки крупы с исходной влажностью 13 - 15 % для достижения ею необходимой влажности составляет 4-5 минут при температуре 40 °С;

4. Разработана схема и режимы тепловой обработки пшеничной крупы, которая проводилась инфракрасным излучением с плотностью лучистого потока 58 - 60 кВт/м2 с последующем снижением мощности излучения и поддержанием температуры 99 - 102 °С в течении 120 с

5. Определены параметры дополнительной тепловой обработки пшеничной крупы, оптимальное время выдержки ее в термоизолированном бункере крупы составляет 6 — 8 минут при температуре 98 - 100 °С для улучшения санитарно-гигиенических, биохимических и качественных показателей;

6. Определена оптимальная толщина хлопьев при последующей механической обработке - 0,5 - 0,6 мм;

7. Выявлены режимы обжарки получепных пшеничных хлопьев до готовности с использованием инфракрасного излучения, таким образом время обжарки составляет 80 с при мощности лучистого потока 48-50 кВт/м2;

8. Определены функциональные, физико-химические и биохимические свойства, получаемых продуктов. Крупы, быстрого приготовления, хлопьев, не требующих варки и хлопьев, готовых к употреблению, а также кулинарные достоинства готовых к употреблению хлопьев;

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

10. Разработана и утверждена техническая документация на крупы быстрого приготовления и хлопья, не требующие варки (ТУ 9294-001-18376415-14).

11. Создана технологическая липия по производству пшеничной крупы, быстрого приготовления, пшеничных хлопьев, не требующих варки и пшеничных хлопьев, готовых к употреблению.

Список работ, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК

1. Куропаткина О.В., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В. Разработка технологии производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению // Техника и технология пищевых производств. - 2014. - № 2. - С. 5-9.

2. Куропаткина О.В., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В. Интенсивная инфракрасная обработка при производстве пшеничных хлопьев, готовых к употреблению // Пищевая промышленность. -2014. - №6. - С. 50-51.

3. Куропаткина О.В., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В. Технология производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению // Хлебопродукты. - 2014. - №3, С. 54-56

Список работ, опубликованных в других изданиях

4. Куропаткина О.В., Кирдяшкин В.В. Разработка технологии производства диетических пшеничных хлопьев, готовых к употреблению с использованием инфракрасного излучения // Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции "Сельскохозяйственные науки и агропромышленный комплекс на рубеже веков".-2013.-С. 54-58

5. Куропаткина О.В., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В., Исследование влияние дополнительной водно-тепловой и механической обработки на качество перловой крупы при ее нагреве интенсивным ИК излучением// Сборник докладов II межведомствешюй научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров» Часть 2 / Отв. ред. Ю.И. Сидоренко. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2011. - С. 74-76

6. Куропаткина О.В., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В. Технология производства пшеничных хлопьев функционального пазначения, готовых к употреблению // Сборник материалов Международного конгресса "Питание и здоровье"",- М., 2014. - С. 164-165.

7. Куропаткина О.В., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В. Технология производства пшеничных хлопьев функционального назначения, готовых к употреблению // «Кондитерское и хлебопекарное производство», -М. Сег. Медиа, 2014. - С. 8-12.

8. Положительное решение выдачу патента №201411301 от 19 марта 2014 г на "Способ производства пшеничных хлопьев, готовых к употреблению", Куропаткина О.В., Андреева А. А., Кирдяшкин В.В.

Summary

Kuropatkina 01ga.V.

The improvement of technology of wheat flakes ready to consume

The presented work devoted to improvement technology of wheat flakes ready to consume using IR heating treatment, development a new resource-and energy-saving technology of long-storage products from germinated wheat and rye by thermal activation and radiation-convective drying. This method based on using IR-heating and consists of two steps of treatment. This technology enables to get product with perfect sensory characteristic. These flakes have functional and diet properties, and ready to consume without any additional treatment.

Подписано в печать:

20.04.2015

Заказ № 10750 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 vvww.autoreferat.ru