Обеспечение микробиологической безопасности зерновых культур в технологиях производства муки и хлебобулочных изделий
На правах рукописи
Юсупова Галина Георгиевна
ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В технологиях производства муки и хлебобулочных изделий
Специальность: 05.18.01 – Технология обработки, хранения и
переработки злаковых, бобовых культур, крупяных
продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Красноярск 2010
Работа выполнена на кафедре «Системоэнергетика»; в лаборатории «Инновационных технологий в системоэнергетике и защите растений» Красноярского государственного аграрного университета; на кафедре «Процессы и аппараты перерабатывающих производств» Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева
| Научный консультант | доктор технических наук, профессор Цугленок Николай Васильевич |
| Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, профессор Машанов Александр Иннокентьевич |
| доктор сельскохозяйственных наук, профессор Едимеичев Юрий Федорович | |
| доктор сельскохозяйственных наук, профессор Кобозева Тамара Петровна | |
| Ведущая организация | ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» |
Защита состоится «02» июля 2010 г. в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.03 ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».
Автореферат разослан «____» ___________ 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Янова М.А.
Общая характеристика работы
Актуальность темы
В условиях реформирования сельского хозяйства многие негативные процессы, сложившиеся на начальном его этапе и приведшие к спаду производства продукции растениеводства, сохраняются и в настоящее время. Сократилось количество активных защитных мероприятий, что привело к ухудшению фитосанитарного состояния сельскохозяйственных угодий.
В результате среднегодовые потери зерна составляют 10...30% в зависимости от погодных условий. В то же время используемые в целях защиты растений пестициды способствовали значительному полиморфизму микроорганизмов, расширению их адаптивных свойств и повышению токсикогенного потенциала.
В настоящее время устойчиво сохраняется тенденция к нарастанию численности и распространению большинства возбудителей болезней зерновых культур в послеуборочный период.
Среди возбудителей болезней, вызывающих явные и скрытые потери зерна, наиболее опасны микроскопические грибы и выделяемые ими микотоксины. Последние существенно влияют на безопасность зерна, продуктов его переработки и хлеба.
Наряду с микроскопическими грибами большую опасность для хлебобулочных изделий представляют спорообразующие бактерии рода Bacillus, вызывающие картофельную болезнь хлеба.
Сложившаяся ситуация диктует необходимость более пристального внимания к физическим и биологическим методам воздействия на микрофлору зерна. Кроме того, для отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности необходимы такие приемы, которые наряду с эффективным обезвреживанием токсикогенных микроорганизмов обеспечат сохранение должных техно-логических свойств белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов зерна и продуктов его переработки, улучшат физико-химические показатели продукции и обеспечат микробиологическую безопасность зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
Потребность в разработке современных технологий привентивного действия привела к необходимости создания эффективных физического (электротермическое воздействие энергией СВЧ-поля) и биологического (использование сухих биоконцентратов) методов обработки.
Разработке новых технологий, способствующих получению качественного зерна, посвящены работы Р.Б. Кондратьева, И.Ф. Бородина, Н.В. Цугленка, Г.И. Цугленок, Л.Г. Прищепа. Значительный вклад в решение проблемы качества и безопасности зерна муки и хлеба внесли В.А.Бутковский, А.П.Берестов, Е.Д.Казаков, Н.П. Козьмина, И.В. Матвеева, Р.Д. Поландова, О.А. Ильина, Л.И. Пучкова, Т.В. Цыганова, Л.Н. Шатнюк, Л.А. Шевелева, Л.С. Львова, Л.А. Трисвятский.
Цель работы. Обеспечить микробиологическую безопасность зерновых культур в технологиях производства муки и хлебобулочных изделий для улучшения их качественных показателей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ информационных источников о фитосанитарном состоянии зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
2. Провести систематизацию существующих методов деконтоминации зерновых культур, обеспечивающих микробиологическую безопасность продукции на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
3. Разработать систему методов и методики исследования взаимодействия физических и биологических факторов воздействия с биологическими системами и структурами зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
4. Экспериментально обосновать систему обеспечения микробио-логической безопасности зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств, базирующуюся на использовании физического метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля.
5. Экспериментально обосновать закономерности ответной реакции зерновых культур в послеуборочный период на электротермическое воздействие энергии СВЧ-поля на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
6. Разработать сухие бактериальные концентраты на основе кислотообразующих бактерий, экспериментально установить бактерицидные свойства и дозировки, позволяющие обеспечить микробиологическую безопасность зерновых культур на стадии хлебопекарного производства.
Объект исследования. Технологические процессы обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур электротермическими и биологическими методами при производстве муки и хлебобулочных изделий.
Предмет исследования. Закономерности взаимодействия параметров СВЧ-энергии и биологических препаратов на процессы обеззараживания и качественные показатели муки и хлебобулочных изделий.
Научная новизна:
- разработаны система превентивных мероприятий, основные принципы обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур. Обоснованы области рационального использования метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля и биологических средств, влияющих на состав и численность микрофлоры, снижающих уровень вредоносности микроорганизмов, обеспечивающих микробиологическую безопасность и качество продукции на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- разработаны методы и методики исследования взаимодействия физических и биологических факторов воздействия с биологическими системами и структурами зерновых культур в послеуборочный период, обеспечивающие микробиологическую безопасность на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- установлена взаимосвязь эффективных входных параметров СВЧ-нагрева, соответствующих обеззараживающим режимам электротермического воздействия, с технологическими свойствами зерна, муки и показателями качества хлебобулочной продукции;
- для улучшения технологических свойств зерна и муки определены значимые качественные показатели и потребительские характеристики хлебобулочных изделий и входные параметры электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на зерновые культуры и микроорганизмы на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- установлены зависимости, отражающие влияние параметров электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на различные группы микроорганизмов зерновых культур на стадии мукомольного производства, выражающееся в снижении численности спорообразующих микроорганизмов бактериальной и грибной этиологии;
- установлены бактерицидные свойства разработанных биоконцентратов (сухие закваски для пшеничного хлеба) на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий, базирующиеся на использовании их биосинтетического потенциала;
- обосновано использование биоконцентратов на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий на стадии тестоприготовления и установлены зависимости их бактерицидных свойств от вносимых доз.
Практическая ценность полученных результатов:
- по результатам исследований разработаны рекомендации по усовершенствованию существующих технологий обеспечения микробиологической стабильности и безопасности зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств; рекомендации приняты к внедрению на зерноперерабатывающих и пищевых предприятиях, в Государственной хлебной инспекции при Правительстве Российской Федерации по Челябинской области;
- разработана, утверждена и широко используется в промышленности нормативная документация, методические материалы по применению сухих биоконцентратов на основе пропионокислых и ацидофильных бактерий;
- разработаны сухие биоконцентраты на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий с бактерицидными свойствами по отношению к возбудителям картофельной болезни хлеба;
- определены концентрации и дозы внесения биоконцентратов и установлена стадия технологического процесса, позволяющие получить обеззараживающий эффект от их применения;
- результаты исследования используют в учебном процессе высших учебных заведений: Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия им. К.А.Тимирязева, Красноярский ГАУ, Челябинский ГАУ, Челябинский государственный университет, Южно-Уральский государственный университет, Российский государственный торгово-экономический университет - при подготовке специалистов: биоэкологов, товароведов-экспертов, технологов по переработке зерна и производству пищевых продуктов, а также научных сотрудников. Часть материалов диссертации опубликована в книге “Методы и математические модели процесса обеззараживания зерна и продуктов его переработки”, допущенной Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов сельскохозяйственных высших учебных заведений.
На защиту выносятся:
- система обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств, базирующаяся на использовании метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля и биологических средств, предотвращающих развитие микроорганизмов порчи готовой продукции;
- закономерности ответных реакций биологических объектов на электротермическое воздействие энергией СВЧ-поля и биологических средств;
- области рационального использования метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля и биологических средств, влияющих на состав и численность микрофлоры, снижающих уровень вредоносности микроорганизмов, обеспечивающих микробиологическую безопасность и качество продукции зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- методология исследования основных принципов обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- метод электротермического воздействия энергией СВЧ-поля и теоретические положения, полученные на основе анализа регрессионных моделей. Режимы, обеспечивающие микробиологическую стабильность зерновых культур и безопасность продуктов первичной переработки;
- взаимосвязи эффективных входных параметров, соответствующих обеззараживающим режимам электротермического воздействия, с технологическими свойствами зерна и муки и показателями качества хлебобулочной продукции;
- значимые режимы СВЧ-поля для формирования качества муки и хлеба и обеззараживания микроорганизмов и закономерности, отражающие влияние параметров электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на различные группы микроорганизмов зерновых культур на стадиях: первичной переработки продукции, товарного и мукомольного производств;
- результаты экспериментальных исследований, подтверждающие бактерицидные свойства разработанных биоконцентратов (сухие закваски для пшеничного хлеба) на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий, базирующиеся на использовании их биосинтетического потенциала;
- зависимости бактерицидных свойств биоконцентратов на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий, используемых на стадии тестоприготовления, от вносимых доз.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на ежегодных научно-технических всероссийских, региональных и международных конференциях, совещаниях и семинарах: НИИ защиты растений (ВИЗР) (г. Ленинград, 1985 г.); ВНИИ ТВЧ (г. Ленинград, 1983-1985 гг.); МИИСП / МГАУ (г. Москва); ЧИМЭСХ / ЧГАУ (г. Челябинск); КСХИ / КрасГАУ (г. Красноярск, 1983-2004 гг.); Российский государственный торгово-экономический университет (г. Челябинск, 2003-2004 гг.); Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск, 2003-2004 гг.); ВИЭСХ (г. Москва, 2003 г.); МГАУ (г. Москва, 2006 г.); МПА (г. Москва, 2007-2009 гг.); ГНУ ВНИИМС Россельхозакадемии (г. Углич, 2008 г.); ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова (г. Москва, 2008 г.); МПА – Экспоцентр на Красной Пресне (Москва, 2009 г.); РГАУ – МСХА им К.А. Тимирязева (г. Москва, 2009 г.); ГНУ НИИСХ Юго-Востока (г. Саратов, 2009 г.).
Публикации по теме диссертации: 59 работ, в том числе пять монографий, четыре патента на изобретения, 12 работ в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы, включающего 310 наименований, и приложения. Работа изложена на 302 страницах, содержит 98 рисунков, 54 таблицы.
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследований, показана научная новизна, научная концепция и практическая ценность работы, отражены вопросы реализации и апробации полученных результатов, определены основные положения, выносимые на защиту.
Глава 1 «Анализ информационных источников по фитосанитарному состоянию зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств»
В главе 1 рассмотрено современное состояние проблемы микробиологической безопасности зерновых культур в послеуборочный период, проанализировано фитосанитарное состояние продовольственного и фуражного зерна пшеницы, кукурузы и продуктов их переработки, а также система обеззараживающих методов очистки и подготовки зерна к помолу. Отмечена невозможность разрешения задачи существующими способами.
При хранении в зерне происходит интенсивный обмен веществ. Это приводит к старению и потерям, природа и интенсивность которых зависят от окружающей среды. Причины количественно-качественных потерь состоят в метаболических изменениях в самом зерне и в поражении его микроорганизмами.
Низкое качество зерна усложняет его хранение, переработку и влияет на показатели готовой продукции муки, хлеба. В настоящее время выявлен достаточно широкий перечень заболеваний из числа особо вредоносных, распространение и развитие которых постоянно нарастает. Среди выявленной микрофлоры доминирующими являются микроорганизмы, относящиеся к р.р. Bacillus, Enterobacter, Mikroccocus, Proteus, Pseuodomonas, Sarcina, Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus, Streptococcus и др. микромицеты р.р. Alternaria, Fusarium, Aspergilus, Clodosporium, Trichoderma, Penicillium, а также дрожжи р.р. Candida, Criptococcus, Phodotorula и др.
Зерно, поступающее на элеватор перед закладкой на хранение, подвергают очистке и сушке. При очистке помольных партий зерна применяют сухой и влажный методы. Зерно имеет высокую степень зараженности сапрофитной и фитопатогенной микрофлорой. Как правило, присутствуют бактерии родов Pseudomonas и Bacillus, дрожжи, грибы гельминтоспориозно-альтернариозно-фузариозного комплекса и плесени хранения. В процессе сушки и очистки зерна на элеваторе степень его поверхностной зараженности снижается незначительно. Общее микробное загрязнение зерна, направляемого на хранение, составляет 5106…1109 КОЕ/г. В процессе хранения происходит смена состава микроорганизмов. Большая часть эпифитных и фитопатогенных полевых микроорганизмов отмирает, и зерно заселяют возбудители плесени хранения – микроскопические грибы.
Особую опасность грибная инфекция причиняет человеческому организму. Микологические инфекции по сравнению с бактериальными и вирусными становятся более агрессивными, многие виды микроскопических грибов вызывают микозы, аллергические заболевания, микотоксикозы у человека.
При плесневении в зерне нарушается соотношение полезных веществ, снижаются качество муки и пищевая ценность хлеба. Мицелиальная пыль, попадая в муку и хлеб, приводит к изменению их традиционных запаха, вкуса и цвета, ухудшению потребительских характеристик и сенсорных показателей.
Наблюдается рост обсемененности зерна спорообразующими бактериями, которые вызывают картофельную болезнь хлеба.
Исключительная термоустойчивость их спор приводит к тому, что они сохраняют жизнеспособность в процессе выпечки хлеба, при развитии картофельной болезни под влиянием амилолитических и протеолитических ферментов бактерий образуются продукты распада белков и углеводов, придающие хлебу резкий специфический запах. Такой хлеб непригоден в пищу и на корм животным. Бактерии рода Bacillus могут вызывать у человека целый ряд заболеваний: артрит, эндокардит, перитонит, менингит.
Глава 2 «Методы и средства обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств».
Для обеззараживания зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств применяют различные методы. Систематизация практики применения этих методов позволяет выделить четыре этапа: обработка при селекции, выращивании культур и уборке урожая; при закладке зерна на хранение; в технологическом процессе его переработки; обеззараживание продуктов переработки зерна и хлеба.
С целью обезвреживания микроорганизмов зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств используют химические (окислители, фумиганты, инактиваторы ферментов и микотоксинов), физические (термические и лучевые) и биологические (микробиологические) методы.
Наиболее широко распространено применение химических веществ. Однако использование химических препаратов небезопасно для здоровья человека, поэтому необходим строгий санитарно-гигиенический контроль продукции растениеводства. Кроме того, малейшие отклонения от технологии их применения могут привести к значительному снижению эффективности обеззараживания. Наконец, есть целый ряд болезней зерна, по отношению к которым химический метод не может обеспечить достижения надлежащих результатов. Это относится прежде всего к ржавчинным и фузариозным болезням зерновых культур.
Инновационным способом борьбы с микроорганизмами является метод электротермического воздействия энергией СВЧ-поля. Это комбинированный метод, в котором сочетается воздействие двух полей - электромагнитного и теплового. Данный метод безопасен и технологичен. Явления, наблюдаемые при воздействии СВЧ-энергии на живые ткани, имеют в основном тепловой характер.
Электротермический метод СВЧ-воздействия обладает следующими преимуществами по сравнению с обычным температурным нагревом:
1) тепловая безинерционность; 2) высокий КПД преобразования электрической энергии в тепловую (90%); 3) возможность избирательного, равномерного, быстрого нагрева; 4) экологическая чистота нагрева; 5) фунгицидное и бактерицидное действие. Эти особенности позволяют отнести метод к новому виду энергосберегающей электротехнологии.
Электротермическую обработку энергией СВЧ-поля целесообразно совмещать с общепринятыми в технологии методами на стадии стабилизации влажности по нескольким причинам: 1) зерно уже очищено от большинства примесей (пыли, сечки, дробленого зерна), что благоприятно повлияет на эффективность обеззараживания; 2) зерно полностью обработано водой и находится в стадии стабилизации и отволаживания, имея благоприятную для данного вида обработки влажность 15,5…16,5%; 3) возможность совмещения процессов отволаживания и электротермической обработки зерна энергией СВЧ-поля; 4) предприятию не требуется значительных дополнительных материальных затрат на переоборудование технологической линии.
Анализ имеющихся данных показал целесообразность использования электротермического воздействия энергией СВЧ-поля для обеззараживания зерна, прошедшего этапы первичной и вторичной очистки, гидротермической обработки и находящегося на стадии стабилизации влажности. Использование методов электротермического обезвреживания микроорганизмов должно войти в разрабатываемую комплексную систему подготовки продовольственного и фуражного зерна к переработке.
Для обезвреживания грибов рода Fusarium электротермическую обработку энергией СВЧ-поля необходимо проводить при приеме зерновых партий в элеватор, в процессе сушки, перед закладкой на хранение, так как при благоприятных условиях эти грибы проявляют фитопатогенные и токсикогенные свойства.
Эффективными и практически реализуемыми являются биологические средства, используемые на стадии хлебопекарного производства для предотвращения плесневения и развития картофельной болезни хлеба. К ним относятся закваски различной влажности и сухие биоконцентраты на основе молочнокислых и пропионовокислых бактерий. Сухие биоконцентраты позволяют предотвратить развитие картофельной болезни хлеба до 120 часов хранения в провокационных условиях и улучшают органолептические показатели и качество хлебобулочных изделий за счет синтеза структурных элементов или продуктов обмена веществ микроорганизмов, полученных в процессе брожения.
С целью обеспечения микробиологической безопасности хлебобулочных изделий разработаны новые виды биоконцентратов (заквасок) с улучшенными биотехнологическими свойствами, высокой антагонистической активностью и пониженными значениями pH, а также технологии применения этих полуфабрикатов. Биоконцентраты на основе молочнокислых (ацидофильных) и пропионовокислых бактерий являются средством для повышения технологических, протекторных, эссенциональных и потребительских свойств хлебобулочных изделий.
Глава 3 «Методы и методики исследования системы обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств» посвящена разработке структурной схемы исследований системы обеззараживания зерна, продуктов его переработки и хлеба, состоящей из трех подсистем (рис. 1). Подсистема 1: Анализ исходной информации о зараженности зерна микроорганизмами и его биологической ценности и о разработке системных методов обеззараживания зерна. На этом этапе разрабатываются методики исследования и активного планирования эксперимента.
Подсистема 2: Проведение экспериментов, статистической обработки экспериментальных данных и получение математических моделей обеззараживания зерна и продуктов его переработки от микроорганизмов, относящихся к разным систематическим группам, установление режимных параметров обработки, исследование влияния обеззараживания при режимных параметрах на биохимический состав и качественные показатели, микробиологическую безопасность зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
Подсистема 3: Проведение экономических расчетов и разработка практических рекомендаций.
Специфика сельскохозяйственной науки требует проведения экспериментов в производственных условиях. На результаты исследований влияют различные неуправляемые факторы. С увеличением их числа увеличивается разброс результатов и погрешность, не связанная с условиями эксперимента. В лабораторно-производственных условиях исследовали реакции зерна, продуктов его переработки и хлеба, а также содержащихся в них микроорганизмов на параметры воздействия различных средств метода электротермической обработки. Использовали методику активного планирования эксперимента; за основу был выбран план Кона n2-1. Схема стандартного опыта состояла из девяти вариантов и одного контроля в 3…5- кратной повторности. Входные параметры СВЧ-обработки: экспозиция 30… 90 с, скорость нагрева 0,4…0,8 0С/с. Основным критерием обеззараживания является температура нагрева зерна и продуктов его переработки, ее минимальное значение зависит от значений температуры окружающей среды, а максимальное ограничивается технологическими показателями, которые зависимы от температуры. Значение температуры нагрева зерна находится в прямой зависимости от скорости нагрева и экспозиции.
На основе системного подхода разработана методика комплексных исследований, экологических и энерготехнологических параметров, концентрации биологических средств и показателей обеззараживания зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
Рис. 1. Структурная схема исследований
Лабораторные и производственные исследования проводились в лаборатории ОАО «Комбинат хлебопродуктов им. Григоровича», лабораториях ГНУ ГОСНИИХП Россельхозакадемии, в лаборатории инновационных технологий в системоэнергетике и защите растений ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», на кафедре «Процессы и аппараты перерабатывающих производств» ФГОУ ВПО «РГАУ–МСХА им. К.А. Тимирязева». Для дисперсионного и регрессионного анализов использованы электронные таблицы EXCEL. При помощи компьютерных программ построены адекватные и эффективные модели обезвреживания споровой бактериальной и грибной инфекции при электротермическом воздействии энергии СВЧ-поля.
Полученные модели позволили провести первичную обработку экспериментальных данных, характеризующих технологический процесс с использованием СВЧ-обработки зерна и биологических средств и их обеззараживающий эффект; прогнозировать качество готовой продукции (муки, хлеба) в зависимости от требований к качеству, предъявляемых потребителем; оценить показатели эффективности обеззараживания электрофизическим методом и биологическими средствами по экспериментальным данным и сравнить их; выявить эффективные параметры и концентрации обеззараживания, улучшающие при этом технологические свойства зерна, продуктов его переработки и качества хлеба.
Полученные уравнения регрессии позволяют определить степень влияния факторов воздействия на количественно-качественные характеристики процессов, происходящих в объектах при электротермическом воздействии. Адекватность оценивали по 2 критерию. Уравнения регрессий отражены в виде графических зависимостей.
Микробиологические и физико-химические исследования проводили по стандартным методикам с использованием приборов фирм: Brabender (AMILOGRAF – Е, FARINOGRAF – Е с портом USB) и CHOPIN (Альвеограф и REOFERMENTOMETRE F3) в соответствии с ГОСТ Р 51404-99 (ИСО 5530-1-97) “Мука пшеничная. Физические свойства теста. Определение водопоглощения и реологических свойств с применением фаринографа”; ГОСТ Р 51415-99 (ИСО 5530-4-91) “Мука пшеничная. Физические свойства теста. Определение реологических свойств с применением альвеографа”.
В главе 4 «Обеспечение микробиологической безопасности зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств электротермическим воздействием энергией СВЧ-поля» приведены основные результаты исследований метода электротермического воздействия энергии СВЧ-поля на зерно пшеницы, кукурузы и продуктов их переработки.
Целью первого этапа исследований явилось установление степени зараженности и состава развивающихся на зерне грибов и наиболее благоприятной стадии технологического процесса подготовки зерна к помолу для его деконтаминации методом электротермического воздействия энергией СВЧ-поля. В ходе эксперимента на всех этапах подготовки зерна к помолу в технологической цепи отбирались образцы в количестве по 135 шт. из каждой помольной партии на протяжении 2000 – 2004 гг. работы мельницы. Усредненные и объединенные данные приведены в таблице 1.
Установлено, что существующая технологическая система подготовки зерна к помолу не снижает зараженность зерна и продуктов его переработки. В результате контаминация микроорганизмами превышает безопасные нормы.
Таблица 1 – Обеззараживание зерна энергией СВЧ-поля
| Стадия технологического производственного процесса | Общее микробное число, 1109 КОЕ/г | Споровые бактерии, 1105 КОЕ/г | Плесневые грибы, 1105 КОЕ/г | |||
| До обработки СВЧ | После обработки СВЧ | До обработки СВЧ | После обработки СВЧ | До обработки СВЧ | После обработки СВЧ | |
| Перемешивание | 56,3 | 56,1 | 47 | 47 | 69 | 69 |
| Выделение металломагнитной примеси | 57,0 | 56,0 | 46 | 45 | 69 | 69 |
| Подогревание до 15°С | 66,0 | 56,0 | 46 | 45 | 53 | 53 |
| Ситовоздушный сепаратор | 63,0 | 56,0 | 45 | 45 | 49 | 48 |
| Камнеотделительная машина | 50,0 | 56,0 | 45 | 45 | 49 | 48 |
| Триеры-куколеотборники | 49,3 | 55,3 | 44 | 44 | 48 | 48 |
| Триеры-овсюгоотборники | 45,1 | 55,3 | 44 | 44 | 48 | 48 |
| Очистка поверхности зерна | 45,0 | 49,0 | 42 | 42 | 47 | 47 |
| ГТО | 57,3 | 0,0 | 49 | 0 | 51 | 0 |
| Отволаживание 20-30 мин | 69,0 | 0,0 | 51 | 0 | 58 | 0 |
Показано, что электротермическое воздействие энергией СВЧ-поля целесообразно совмещать с процессом отволаживания в бункере перед подачей зерна на первую драную систему, поскольку зерно на этом этапе прошло все стадии очистки, в том числе обработку водой, и имеет влажность 15,5…16,5 %, что важно с точки зрения предлагаемой технологии обеззараживания.
Однако в случае обсемененности зерна грибами рода Fusarium, для предотвращения их развития в период хранения, обработку инфицированного зерна следует проводить ранее – на стадии поступления его на элеватор, поскольку в процессе обработки зерна перед помолом происходит значительное нарастание их численности с одновременным накоплением в зерне микотоксинов.
Следующим этапом работы было исследование влияния электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на микроорганизмы зерна и продуктов его переработки, относящиеся к разным систематическим группам.
В помольных партиях зерна преобладающее распространение имеют гельминтоспориозно-альтернариозно-фузариозные инфекции. Анализ 93 образцов, отобранных от различных помольных партий, показывает, что зерно повсеместно заражено грибами родов Fusarium – 54, Alternaria – 89, Bipolaris – 85, Stachybotrys – 17, Trichotecium Aspergillus – 43, Penicillium – 67, Mucor – 79, а также спорообразующими бактериями р. Bacillus – 93 обр.
Грибы рода Fusarium, как правило, вызывают экзогенную инфекцию зерна, которая не обезвреживается в стандартном технологическом процессе обработки зерна перед помолом. Это потребовало проведения исследований влияния воздействия энергией СВЧ-поля на виды грибов указанного рода. Для исследования были выбраны зерно пшеницы, отруби и комбикорма с зараженностью 2%, 9%, 100% и зерно, зимовавшее в поле (100%-я естественная зараженность). Результаты приведены в таблице 2.
| Таблица 2 – Влияние СВЧ-энергии на зараженность зерна пшеницы и продуктов его переработки возбудителями рода Fusarium | |||||||
| Номер варианта | Режимы | Температура t, оС | Зараженность | ||||
| Экспозиция, с (х1) | Скорость нагрева, оС/с (х2) | зерна | отрубей | муки 1с. | муки в/с | ||
| шт. | 1102 КОЕ/г | ||||||
| 1 | 90 | 0,8 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 90 | 0,4 | 60 | 10 | 10 | 7 | 3 |
| 3 | 30 | 0,8 | 45 | 21 | 22 | 10 | 5 |
| 4 | 30 | 0,4 | 30 | 47 | 22 | 11 | 10 |
| 5 | 60 | 0,8 | 70 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6 | 60 | 0,4 | 50 | 24 | 17 | 8 | 7 |
| 7 | 90 | 0,6 | 68 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 8 | 30 | 0,6 | 48 | 20 | 18 | 9 | 6 |
| 9 | 60 | 0,6 | 65 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | Контроль | 50 | 21 | 12 | 8 | ||
Анализ полученных результатов позволил установить эффективные режимы, освобождающие помольные партии зерна от фузариозной инфекции: влажность зерна 15,5…16,5%; экспозиция =60…90 с; скорость нагрева =0,6…0,8оС/с; температура нагрева зерна 60…85оС. При нагреве зерна до 45…50оС его зараженность снижалась в 2-2,5 раза.
По результатам исследований и данным регрессионного и дисперсионного анализов получено уравнение (1), с помощью которого установлена взаимосвязь режимных параметров с зараженностью пшеницы возбудителем рода Fusarium.
| y1= 11,8 + 7,3 x12 + 13,3 x22 – 26,7 x1 – 22,7 x2 + 18 x1. x2, | (1) |
| где х1 – экспозиция; х2 – скорость нагрева; y1 – зараженность пшеницы возбудителем рода Fusarium | |
Полученное уравнение позволило рассчитать эффективные режимы обработки зерна энергией СВЧ-поля.
Результаты исследования отрубей и муки аналогичны результатам по зерну. Отруби, свободные от фузариозной инфекции, можно использовать в технологиях приготовления хлеба, хлебобулочных изделий, а также направлять для изготовления комбикорма, для лечебных и профилактических целей после дополнительных исследований на содержание микотоксинов.
Аналогичные результаты были получены при исследовании пяти образцов зерна, перезимовавшего в поле. Образцы были доставлены из районов Челябинской области, Северного Казахстана и Башкортостана. Все они имели идентичную микрофлору, представленную двумя группами грибов: сапрофитными и рода Fusarium. Зерно имело естественную влажность 16…17%. После СВЧ-обработки при нагреве до температуры t=60…65оС инфицированность зерна снижалась до 5…6% от исходной, а при температуре нагрева t=75…80оС – до нуля.
Исследовано также влияние обработки энергией СВЧ-поля на грибы рода Fusarium в зерне кукурузы, крупе кукурузной крупной, мелкой и побочном продукте переработки кукурузы. По результатам исследований получено уравнение взаимосвязи основных режимных параметров и зараженности зерна, которое имеет вид:
| y2 = 21,4 – 7,7x1 – 14,7x2 + 7,3x22, | (2) |
где х1 – экспозиция; х2 – скорость нагрева; y2 – зараженность зерна кукурузы возбудителями рода Fusarium.
По данным эксперимента построена поверхность отклика (рис.2).
При анализе полученных результатов сделан вывод, что область эффективных режимов обеззараживания находится в пределах: экспозиция = 60…90 с; скорость нагрева = 0,55…0,8оС/с. Температура нагрева зерна при соответствующих режимах варьирует от 60 до 85оС. Неэффективной является обработка при экспозиции =30…60 с на всех уровнях мощности.
Рис. 2. Влияние скорости нагрева СВЧ-энергией на зараженность зерна пшеницы возбудителями рода Fusarium
Исследовали влияние СВЧ-энергии на грибы рода Alternaria, находящиеся в зерне пшеницы и продуктах его переработки – муке и отрубях. В опыте использовали отобранные из помольной партии зерновки, имеющие «черный зародыш». Образцы зерна обработали энергией СВЧ-поля по выбранной схеме. При сочетании факторов – экспозиция и мощность – лимитирующим фактором являлась температура нагрева зерна, при которой не нарушались его технологические свойства. Результаты эксперимента представлены на рисунке 3, из которого видно, что при максимальной экспозиции обезвреживание грибов рода Alternaria наблюдалось при скорости нагрева 0,65 оС/с. После проведения регрессионного и дисперсионного анализа было получено уравнение:
| y3 = 51,8 – 2,7x1 –31x2 – 0,4x12 + 4,3x22, | (3) |
где х1 – экспозиция; х2 – скорость нагрева; y3 – зараженность зерна пшеницы возбудителями рода Alternaria.
Параллельно были проведены исследования по обеззараживанию отрубей и муки. Эффективными режимами являлись: экспозиция 60…90 с и скорость нагрева 0,6…0,8 оС/с.
Наряду с грибами альтернариозно-фузариозного комплекса широкое распространение в зерне и продуктах его переработки имеют так называемые плесени хранения: грибы родов Aspergillus, Peniсillium, Mucor, Rhizopus. Споры и мицелий этих грибов находятся как на поверхности, так и под оболочками зерна. В результате стандартной обработки инфицированность зерна снижается незначительно, поэтому целесообразно использование метода электро-термического воздействия энергией СВЧ-поля в технологическом процессе.
Опыт проводили с партиями зерна, прошедшего полную очистку и подготовку к помолу. Изучали воздействие обработки энергией СВЧ-поля на контаминацию зерна грибами рода Aspergillus.
По полученным в результате исследований данным найдено уравнение регрессии (4) и построены графические зависимости (рис.4).
| y4 = 26,7 – 21,2x1 – 20,2x2 + 10,5x22 + 17,5x1x2, | (4) |
где х1 – экспозиция, х2 – скорость нагрева, y4 – зараженность зерна пшеницы возбудителями рода Aspergillus.
По результатам расчетов выявлены эффективные режимы, которые соответствуют значениям: экспозиция = 60…90 с; скорость нагрева = 0.6…0.8оС/с. Зараженность муки грибами рода Aspergillus при соблюдении таких режимов сводится к нулю или снижается до безопасных пределов.
Исследованы также продукты переработки зерна пшеницы.
При обследовании муки, полученной из обработанных по схеме опыта образцов зерна пшеницы, установлены эффективные режимные параметры: экспозиция = 60…90 с; скорость нагрева = 0,6…0,8оС/с.
Зараженность отрубей по сравнению с мукой была значительно выше. Но обработка энергией СВЧ-поля при режимах, обеспечивающих нагрев до температуры от 60 до 80оС (=60…90 с, скорость нагрева 0,6…0,8оС/с,), приводила к снижению зараженности отрубей грибами рода Аspergillus до нуля. При последующем хранении обработанных при указанных режимах образцов в течение месяца видимый рост мицелия грибов рода Аspergillus не отмечался.
Также были проведены опыты с партией зерна кукурузы, перерабатываемой на крупяные цели. Степень заражения зерна грибами рода Аspergillus была высокой, достигая 100%.
Образцы зерна размалывали и делили по фракциям: крупа мелкая, крупа крупная и побочный продукт. Наибольшую зараженность имел побочный продукт переработки зерна кукурузы, который используется при производстве комбикормов.
Во всех трех фракциях были получены близкие по значениям результаты. Эффективные значения температуры находятся в диапазоне t = 62…85оС, скорости нагрева = 0,6…0,8оС/с, экспозиции = 60…90 с. Обработанная при таких режимах продукция хранилась без отрицательных последствий в течение трех месяцев.
 | Рис. 3. Влияние скорости нагрева СВЧ-энергией на зараженность зерна пшеницы возбудителями рода Alternaria |
 | Рис. 4. Влияние экспозиции СВЧ-энергии на зараженность зерна пшеницы возбудителями рода Aspergillus |
Были проведены исследования влияния обработки энергией СВЧ-поля на зараженность зерна грибами рода Peniсillium. Результаты представлены в таблице 3.
Область эффективного режима находилась в интервале значений: время обработки =60…90 с; скорость нагрева = 0,6…0,8оС/с. Зерновка при этом не претерпевала значительных изменений по качественным показателям. При нагреве до 85оС зараженность снижалась до нуля (вариант 1), а при температуре нагрева 33 и 45оС (варианты 4 и 8) происходило, напротив, увеличение зараженности.
По результатам опыта получено уравнение регрессии:
| y5 = 13,8 – 21,7x1 –33,3x2 + 28x12, | (5) |
где х1 – экспозиция; х2 – скорость нагрева; y5 – зараженность зерна кукурузы возбудителями рода Penicillium.
Сделан вывод, что максимум деконтаминации достигается при экспозиции 60…90 с и скорости нагрева = 0,55…0,8оС/с.
Споры грибов рода Mucor и Rhizopus выдерживают высокую температуру, поэтому стандартная очистка при невысоких температурах не вызывает обеззараживания. Режимы СВЧ-обеззараживания, рассмотренные ранее и эффективные для перечисленных выше грибов, в случае грибов родов Rhisopus и Mucor не вызывают их обезвреживания, а являются, напротив, стимулирующими для прорастания спор. Поэтому было проведено исследование с целью выявления эффективных режимов для грибов этой группы (табл.4).
Таблица 3 – Влияние СВЧ-энергии на зараженность зерна пшеницы и продуктов его переработки возбудителями рода Peniсillium
| Номер варианта | Экспозиция, с | Скорость нагрева, оС/с | Температура нагрева зерна t, 0С | Зараженность | |||
| зерна, штук | зерна, КОЕ/г | муки 1-го сорта, КОЕ/г | отрубей, КОЕ/г | ||||
| 1 | 90 | 0,8 | 85 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 90 | 0,4 | 70 | 2 | 300 | 20 | 600 |
| 3 | 30 | 0,8 | 57 | 3 | 600 | 40 | 900 |
| 4 | 30 | 0,4 | 33 | 10 | 1000 | 90 | 1600 |
| 5 | 90 | 0,4 | 78 | 0 | 100 | 10 | 100 |
| 6 | 30 | 0,4 | 50 | 6 | 600 | 70 | 800 |
| 7 | 60 | 0,8 | 76 | 0 | 100 | 10 | 100 |
| 8 | 60 | 0,4 | 45 | 5 | 1100 | 90 | 1600 |
| 9 | 60 | 0,6 | 60 | 0 | 200 | 10 | 300 |
| 10 | Контроль | 18 | 900 | 7 | 1500 | ||
Обнаружено, что при обработке энергией СВЧ-поля с режимом: экспозиция 4…6 мин, скорость нагрева 0,24…0,4 оС/с – зараженность зерна грибами рода Mucor снижалась до нуля. Хранение обработанного при таких режимах зерна в течение 16 суток не приводило к нарастанию численности грибов.
Для продуктов переработки зерна, и главным образом для хлеба, большую опасность представляют сапрофитные спорообразующие бактерии рода Bacillus, вызывающие картофельную болезнь хлеба.
Таблица 4 – Влияние СВЧ-энергии на грибы рода Mucor зерна пшеницы
| Номер варианта | Экспозиция, мин | Скорость нагрева, оС/с | Температура t, 0С | Зараженные зерна, шт. |
| 1 | 6 | 0,4 | 85 | 0 |
| 2 | 2 | 0,4 | 67 | 0 |
| 3 | 6 | 0,133 | 57 | сливной рост |
| 4 | 2 | 0,133 | 40 | сливной рост |
| 5 | 6 | 0,24 | 70 | 0 |
| 6 | 2 | 0,24 | 50 | сливной рост |
| 7 | 4 | 0,4 | 75 | 0 |
| 8 | 4 | 0,133 | 51 | сливной рост |
| 9 | 4 | 0,24 | 65 | 0 |
| 10 | Контроль | сливной рост | ||
С целью изучения влияния СВЧ-энергии на споры бактерий рода Bacillus исследовали продукцию, являющуюся сырьем при изготовлении хлеба и хлебобулочных изделий: зерно пшеницы; муку пшеничную первого сорта и отруби пшеничные, имевшие различную степень зараженности спорами бактерий рода Bacillus (табл.5).
Зараженность снижается до безопасных значений при температуре нагрева 80..85 оС. Остальные режимы не эффективны в борьбе с возбудителями картофельной болезни хлеба. Область значений параметров эффективных режимов: экспозиция = 75…85 с, скорость нагрева = 0,6…0,8оС/с.
Таблица 5 – Влияние СВЧ-энергии на зараженность зерна пшеницы и продуктов его переработки спорами возбудителя рода Bacillus
| Номер варианта | Экспозиция, с | Скорость нагрева, оС/с | Температура нагрева зерна t, 0С | Зараженность зерна пшеницы, КОЕ/г | ||
| зерна | муки 1 сорта | отрубей | ||||
| 1 | 90 | 0,8 | 85 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 90 | 0,4 | 70 | 118 | 100 | 200 |
| 3 | 30 | 0,8 | 57 | 720 | 600 | 800 |
| 4 | 30 | 0,40 | 33 | 960 | 700 | 1200 |
| 5 | 60 | 0,8 | 80 | 50 | 0 | 100 |
| 6 | 60 | 0,40 | 50 | 230 | 180 | 400 |
| 7 | 90 | 0,6 | 78 | 200 | 100 | 320 |
| 8 | 30 | 0,6 | 45 | 1100 | 900 | 1400 |
| 9 | 60 | 0,6 | 60 | 300 | 150 | 400 |
| 10 | Контроль | 1450 | 920 | 1600 | ||
В результате дисперсионного и регрессионного анализов получено уравнение регрессии:
| y6 = 3,2 – 0,9x1 – 4,1x2 – 1,9x12 + 3,2x22, | (6) |
где х1 – экспозиция; х2 – скорость нагрева; y6 - зараженность зерна пшеницы спорообразующими бактериями рода Bacillus.
С целью выявления эффективности обеззараживания продуктов переработки зерна изучили образцы пшеничной муки. Обнаружено, что обработка муки влажностью 12…13% не эффективна при высокой зараженности спорами бактерий (более 1000 КОЕ/г), так как отмечаемое при данных режимах обработки снижение зараженности в 2…5 раз не позволяет достичь уровня, считающегося безопасным (200 КОЕ/г).
Лучший эффект обеззараживания отмечается при обработке зерна, поскольку его влажность составляет 15…16%, что позволяет методу обеззараживания энергией СВЧ-поля продемонстрировать свою эффективность.
В последние годы при разработке новых сортов хлеба и хлебобулочных изделий с целью обогащения их микро- и макронутриентами, а также другими полезными веществами, используют муку грубого помола и муку второго сорта, дробленое зерно, отруби, крупу кукурузы, кукурузную муку и др. Это сырье по результатам микробиологических исследований имеет более высокую зараженность микроорганизмами, и в том числе спорами Bacillus subtillis, по сравнению с мукой высшего и первого сортов. Поэтому оно нуждается в дополнительном обеззараживании.
В результате исследования выявлены обезвреживающие режимы: экспозиция = 60…90 с, скорость нагрева = 0,8оС/с. При экспозиции =60 с и скорости нагрева = 0,6оС/с наблюдали снижение зараженности в 4 раза. Хлеб, выпеченный из обработанной муки в провокационных условиях (температура 37оС, влажность 100%), не обнаруживал признаков картофельной болезни в течение 120 ч.
Исследовали воздействие энергии СВЧ-поля на продукты переработки кукурузы: зерно кукурузы, мука, крупа. Обнаружено, что в наибольшей степени от спор бактерий под воздействием СВЧ-энергии освобождалось зерно кукурузы, поскольку оно имело оптимальную влажность 15…17%. Эффективная температура обработки находится в пределах 70…850С. Эта температура обеспечивается следующими режимными параметрами: экспозиция =60…90 с, скорость нагрева = 0,4…0,6оС/с. Несколько ниже была эффективность обезвреживания кукурузной муки и крупы, что объясняется их невысокой влажностью (13…14%). Оптимальное сочетание режимных параметров: = 60…90, = 0,4…0,8оС/с, температура нагрева 65…850С, влажность 15…17%.
В эксперименте исследовалось влияние электротермического воздействия на технологические свойства основного сырья и на развитие возбудителей картофельной болезни хлеба при проведении пробной лабораторной выпечки.
Для опыта были подобраны образцы муки, зараженные спорами бактерий рода Bacillus, с численностью возбудителей 3·103; 2·104 КОЕ/г. Образцы муки обрабатывали энергией СВЧ-поля при соответствующих режимах. Выпеченный хлеб исследовали на зараженность картофельной болезнью (термостатирование при температуре 37С при 100%-й влажности).
Обнаружено, что через 18 ч признаки картофельной болезни имеются у хлеба в контрольном варианте и у хлеба, выпеченного из муки, подвергшейся нагреву до 45 оС. В остальных вариантах опыта заболевание не проявилось. Через 24 часа заболевшими оказались образцы, выпеченные из муки, подвергшейся нагреву до 60оС, остальные образцы не имели признаков заболевания в течение 120 часов термостатирования.
В муку внесена суспензия спор Bacillus subtillis. После чего проведена обработка энергией СВЧ-поля по схеме опыта (табл. 6).
В результате электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на споры B.subtillis выявлено относительное обеззараживание при температуре нагрева 78 – 85 °С и режимах – 90; = 0,6…0,8 °С/с; хлеб, выпеченный из этой муки, оставался без признаков заболевания в течение 124 ч. Обработка при температуре 60…70 °С в режимах = 60…90 с; = 0,6…0,8 °С/с сводит инфекцию до безопасных пределов, хлеб в провокационных условиях оставался без признаков картофельной болезни.
Режимы обработки = 30…60 с; = 0,4…0,6 °С/с и обеспечивающие температуру 50…60 °С существенно снижают (до 44,4% относительно контроля) жизнеспособность спор и вегетативных клеток, при этом хлеб, находясь в провокационных условиях, оставался без признаков КБХ на протяжении 60…72 ч, что превышает контроль на 2…3 суток.
В то же время в ходе эксперимента доказано активизирующее жизнеспособность спор и вегетативных клеток действие режимов экспозиции 30 с, скорость нагрева = 0,4 и 0,8 °С/с, температура нагрева при этом составляла 33 и 57 °С. Жизнеспособность спор в обоих вариантах оказалась на 10% выше, чем в контроле, что вызвало развитие КБХ через 18 и 24 часа соответственно.
Таблица 6 – Влияние электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на спорообразование бактерий Bacillus subtillis
| № п/п | Режим | Температура, °С | Споры | Вегетативные клетки + споры | Хлеб в провокационных условиях без признаков КБХ, ч | |||
| , с | , °С/с | КОЕ/г | % к контролю | КОЕ/г | % к контролю | |||
| 1 | 90 | 0,8 | 85 | 0 | 0,00 | 0 | 0 | 120 |
| 2 | 90 | 0,4 | 70 | 30 | 33,3 | 150 | 3,0 | 124 |
| 3 | 30 | 0,8 | 57 | 110 | 122,2 | 260 | 5,2 | 18 |
| 4 | 30 | 0,4 | 33 | 110 | 122,2 | 4300 | 86 | 24 |
| 5 | 60 | 0,8 | 80 | 20 | 22,2 | 60 | 1,2 | 124 |
| 6 | 60 | 0,4 | 50 | 40 | 44,4 | 600 | 12 | 60 |
| 7 | 90 | 0,6 | 78 | 0 | 0,0 | 20 | 0,40 | 124 |
| 8 | 30 | 0,6 | 45 | 40 | 44,4 | 130 | 2,6 | 72 |
| 9 | 60 | 0,6 | 60 | 8 | 8,9 | 170 | 3,4 | 124 |
| 10 | контроль | 90 | 100 | 5000 | 100 | 18 | ||
В главе 5 «Экспериментальное исследование влияния электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на технологические свойства муки» рассмотрены результаты влияния различных режимов обработки энергией СВЧ-поля на физико-химические показатели качества зерна и продуктов его переработки.
При электротермическом воздействии энергией СВЧ-обеззараживания денатурация белка в зависимости от влажности зерна, интенсивности нагрева, температуры, длительности воздействия имеет разную степень выраженности. В зависимости от изменений, вызванных электротермическим воздействием энергией СВЧ-поля, в зерне и муке можно выделить три стадии качественных изменений клейковины:
I – при сочетании минимальных и средних значений экспозиции (=30…60 с) и скорости нагрева ( = 0,4…0,6оС/с) наблюдаются незначительное повышение температуры (t = 33…45оС) и первые признаки денатурации, которые проявляются в ослаблении растяжимости клейковины;
II – при повышении температуры до 60оС (экспозиция =60 с, скорость нагрева = 0,6оС/с) наблюдается дальнейший процесс денатурации. Клейковина зерна укрепляется, и по показателю ИДК зерно переходит из второй группы (удовлетворительное и слабое качество) в первую (хорошее качество клейковины).
III – при нагреве до температуры 75оС (экспозиция =60…90 с, скорость нагрева = 0,6…0,8оС/с) происходит дальнейшее укрепление клейковины, она становится крошащейся и часто не отмывается совсем. Хлебопекарные свойства муки, полученной из такого зерна, снижаются.
Регулируя показатель ИДК зерна путем воздействия энергией СВЧ-поля, можно вырабатывать муку с определенными технологическими качествами.
Сочетание методов гидротермической обработки и электротермического обеззараживания с учетом энергии СВЧ-поля, исходного качества зерна и состояния его клейковины позволяет дифференцированно использовать режимы. В зависимости от области применения муки появляется возможность изменения ее реологических свойств.
При исследовании воздействия режимов электротермического обеззараживания зерна пшеницы и кукурузы на число падения муки во всех вариантах не наблюдалось значительного изменения этого показателя.
На фаринографе Brabender регистрировалось сопротивление теста механическому воздействию лопастей тестомесилки, что позволило фиксировать изменения свойств теста во времени – его образования, устойчивости и разжижения, а также водопоглотительную способность муки.
Водопоглотительная способность (ВПС) влияет на весь процесс хлебопечения. Увеличение водопоглощения приводит к лучшей желатинизации крахмала, большему поднятию тестовых заготовок при выпечке, улучшению состояния мякиша. Мука с высокой ВПС увеличивает выход продукции, но при этом чрезмерное водопоглощение снижает взаимодействие между протеинами и крахмалом (рис.5).
Рис. 5. Зависимость фаринограммы от электротермического воздействия энергией СВЧ-поля
Электротермическое воздействие энергией СВЧ-поля при экспозиции 30…60 с и скорости нагрева 0,6…0,8 оС/с увеличивает время образования теста в 5…7 раз, устойчивость теста – на 2…3 %, продляет время размягчения теста на 3%, но не оказывает влияния на водопоглотительную способность. В совокупности улучшение этих показателей повышает балловую оценку, т.е. значение “силы муки”, в 3…4 раза. Жесткие режимы (экспозиция 90 с, скорость нагрева 0,8 оС/с) приводят к деградации клейковины, снижают время образования теста на 20%, устойчивость теста на 1%, ВПС снижается на 0,5%, а устойчивость теста увеличивается в 3…3,5 раза. Это связано с денатурацией ферментов муки. “Сила муки” снижается на 35…38%. Мягкие режимы снижают ВПС на 2,5%, время образования теста – на 40%, устойчивость – на 3…5%, время размягчения сокращается в 2…2,5 раза. При этом “сила муки” снижается на 30%.
Анализ амилограмм показывает, что жесткие режимы (=90 с, = 0,8оС/с) не влияют на начало клейстеризации. Температура клейстеризации остается без изменения, но значение максимума клейстеризации увеличивается в 2…2,5 раза, что снижает хлебопекарные свойства муки. Средние значения режимных параметров не вызывают изменения показателей начала, максимума и температуры клейстеризации. Мягкие режимы не ускоряют начало клейстеризации и не повышают температуру клейстеризации, но при этом максимум клейстеризации снижается на 7…20%.
В результате анализа альвеограмм установлено влияние электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на упруго-пластичные свойства теста при обработке в жестких режимах. Растяжимость снизилась в 3…3,5 раза, деформация – в 2 раза, эластичность сведена к нулю, хлебопекарные свойства снижены в 3 раза. Обработка в остальных режимах не повлияла на реологические свойства теста. В результате электротермического воздействия энергией СВЧ-поля в средних режимах увеличиваются показатели газообразования и газоудержания. Объем образовавшегося газа увеличился на 3…5 %, показатель удержания газа увеличился на 5…7%, коэффициент газоудержания возрос на 3…5%.
Обнаружено, что воздействие энергией СВЧ-поля при соблюдении режимных параметров и температуры нагрева приводит к снижению титруемой кислотности получаемой из него муки. Для наглядности в опыте было использовано зерно пшеницы с титруемой кислотностью 5 град. Режимы обработки: экспозиция = 120…180 с, скорость нагрева = 0,24…0,4 оС/с (освобождающие зерно пшеницы и кукурузы от грибов рода Mucоr). Во всех вариантах опыта после обработки энергией СВЧ-поля кислотность уменьшалась в 1,5…2 раза, причем наблюдалась прямая зависимость между уменьшением титруемой кислотности и ростом температуры. В результате воздействия СВЧ-поля кислотность во всех вариантах опыта снижалась до рекомендуемых пределов.
Пробная выпечка, моделирующая технологический процесс, является одним из важнейших методов исследования, поскольку лишь в процессе выработки хлеба выявляется роль отдельных физико-химических показателей зерна и муки. Метод пробной выпечки позволяет выявить в производственных условиях влияние электротермического воздействия энергии СВЧ-поля на развитие картофельной болезни хлеба, т. е. непосредственно определить эффективность воздействия на бактерии рода Bacillus. При обработке энергией СВЧ-поля, наряду с обеззараживанием, необходимо сохранить технологические свойства зерна и муки.
Исследования влияния электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на хлебопекарные свойства муки и качество хлеба проводили при разных способах тестоприготовления (опарной, безопарной и ускоренной “холодной” технологии).
Установлено, что жесткие режимы электротермической обработки зерна (скорость нагрева 0,8 оС/сек и экспозиции 90 секунд) приводили к уменьшению объема хлеба, появлению бледной корки, образованию плотного неэластичного мякиша со слабо развитой пористостью. В ходе технологического процесса увеличивается продолжительность окончательной расстойки. Пористость хлеба снижается на 2% по отношению к контрольному образцу (рис.6).
Рис. 6. Пористость хлеба при разных способах тестоприготовления:
1 – жесткий режим; 2 – мягкий режим; 3 – контроль; 4 - средний режим
Мягкие режимы обработки (скорость нагрева 0,4…0,6 С/с и экспозиция 30…60 с) приводили к тому, что продукция по качеству не отличалась от контроля. Хлеб имел сухой эластичный мякиш, с развитой пористостью. Показатели по объему и пористости были выше, чем у контрольных образцов.
Таким образом, установлено, что обработка муки энергией СВЧ-поля выявила режимы, которые снижают численность спор бактерий до безопасных пределов, предотвращают развитие картофельной болезни хлеба, сохраняют и улучшают физические свойства муки и реологические характеристики теста и при этом повышают качество хлебобулочных изделий.
В главе 6 «Влияние биоконцентратов на микробиологическую безопасность хлеба» исследовано влияние биоконцентратов пропионовокислых и ацидофильных бактерий на показатели качества и микробиологическую безопасность хлеба.
Среди биологических методов обеспечения микробиологической безопасности наиболее перспективными являются защитно-профилактические препараты на основе микроорганизмов, созданные с использованием биокатализа для получения натуральных биокорректоров микробной контаминации муки и хлебобулочных изделий. Разработанные биокорректоры – биоконцентраты на основе кислотообразующих пропионовокислых и ацидофильных бактерий – используются на стадии приготовления теста. Правильно подобранные композиции микроорганизмов обеспечивают точное воздействие на технически вредную микрофлору, определенные микро- и макронутриены, корректировку пониженных свойств сырья, улучшают качество сырья и готовой продукции. В связи с экономической ситуацией в стране, повлекшей изменения в структуре хлебопекарной отрасли, произошли изменения в режимах работы хлебопекарных предприятий. Это потребовало разработки ускоренных и упрощенных технологий нового поколения. Существующая технология приготовления традиционных кислых полуфабрикатов (заквасок) длительна и трудоемка для предприятий, работающих в одну-две смены. В связи с вышесказанным большой интерес представляют разработанные сухие биоконцентраты, обладающие следующими преимуществами:
- они технологичны, не требуют сложных дорогостоящих технических средств, значительных трудовых и временных затрат;
- удобны при использовании в технологическом процессе приготовления теста, не требуют громоздких дорогостоящих дозирующих аппаратов;
- не ухудшают технологические и хлебопекарные свойства муки. Они светлых оттенков, без резких неприятных запахов и привкусов и представляют собой сухие порошкообразные препараты с крупностью, зольностью и влажностью, не ухудшающими показатели муки и теста;
- обладают высокой сыпучестью и низкой распыляемостью, что позволяет обеспечить высокую точность дозирования, предотвратить ухудшение условий труда персонала и повысить технику безопасности производства;
- имеют низкую влажность, не слеживаются и длительный срок хранения.
Важным требованием, предъявляемым к биоконцентратам, является сохранение жизнеспособности микроорганизмов при высушивании. Поскольку в процессе сушки микробной массы в клетках происходят существенные изменения, концентрируются минеральные и токсические вещества, что инактивирует биологически активные компоненты, приводит к денатурации белков и нарушает жизнеспособность клеток.
В ходе эксперимента использовались лиофилизированные биоконцентраты пропионовокислых и ацидофильных бактерий.
Биоконцентрат на основе пропионовокислых бактерий представляет собой моновидовой лиофилизированный концентрат, состоящий из пропионовокислых бактерий вида Propionibacterium freudenreichii. Количество жизнеспособных клеток не менее 250 тыс. КОЕ/г. Кислотность биоконцентрата составляла 17…19 град.
Биоконцентрат на основе ацидофильных бактерий представляет собой моновидовой лиофилизированный концентрат молочнокислых палочек вида Lactobacillus acidophilus. Количество жизнеспособных клеток не менее 300 тыс. КОЕ/г. Кислотность составляла 15…17 град.
Сухой биоконцентрат вносился в тесто на стадии замеса в концентрациях: 1.0; 3.0; 5.0; 7.0; 10.0 %. Следует отметить, что при внесении 10 % биоконцентрата хлеб, находясь в провокационных условиях, оставался без признаков заболевания до 150 часов. Но при таком процентном содержании биоконцентрата качество хлеба ухудшается: снижается объем хлеба, уплотняется мякиш, снижаются сенсорные показатели. Кроме того, снижается экономическая эффективность метода.
Внесение одного процента биоконцентрата не создает барьерных условий, хлеб заболевает картофельной болезнью, не выдерживая 36 часов.
Биоконцентраты с пропионовокислыми бактериями обладают ингибирующим действием, поскольку, как показано ранее, образуют пропионовую, уксусную, муравьиную и другие органические кислоты, перекисные соединения, антибиотический полипептид-пропианин. В целях установления бактерицидного действия в опытах была использована мука с разной степенью зараженности: 3•102, 4 •103, 1•104, 2•105. Хлеб, выпеченный из образцов этой муки, в контрольном варианте заболевал не позднее 36 часов, находясь в провокационных условиях. Установлено, что наиболее эффективной является концентрация закваски 3.0; 5.0; 7.0 %.
При проведении эксперимента был использован микробиологический метод лунок. На поверхности газона с чистой культурой Bacillus subtilis в лунки вводились исследуемые дозы биоконцентрата 1.0; 3.0; 5.0; 7.0; 10.0 %. Дозы 3.0; 5.0; 7.0 % проявляют бактерицидность и образуют зоны угнетения роста спорообразующих бактерий. Бактерицидный эффект биоконцентратов проявлялся на протяжении восьми месяцев хранения. По истечении девяти месяцев хранения бактерицидные свойства значительно снижаются, и зоны подавления роста сокращаются в 2…2.5 раза. Через 12 месяцев хранения бактерицидный эффект теряется, зоны подавления роста составляют 1…1.5 мм.
Одновременно с установлением бактерицидных свойств биоконцентрата выявлено улучшение структурно-механических свойств и физико-химических показателей мякиша.
Пропионовокислый биоконцентрат улучшает состояние мякиша, пористость, но с повышением концентрации значения обоих показателей снижаются. Применение биоконцентрата пропионовокислых бактерий способствует образованию равномерно распределенных по всему объему однородных тонкостенных пор.
Немаловажным показателем качества хлеба является кислотность мякиша. Отмечено незначительное увеличение кислотности при повышении концентрации закваски, некоторое снижение влажности мякиша.
Такой результат, по-видимому, связан с низкой влажностью биопрепарата (4 %). И это сказывается на качестве, формоустойчивости, пористости и реологических свойствах мякиша.
Удельный объем повышается в обратной зависимости от концентрации закваски: чем ниже доза внесения биопрепарата, тем значительнее показатель.
В результате проведенного эксперимента выявлено: биопрепараты на основе пропионовокислых бактерий эффективно предотвращают развитие возбудителей картофельной болезни хлеба и улучшают качественные показатели и потребительские свойства хлебобулочных изделий (рис.7).
Бактерицидность биоконцентрата ацидофильных бактерий подтверждается микробиологическим методом и пробной лабораторной выпечкой. В лунки, размещенные на поверхность газона с чистой культурой Bacillus subtilis, вводятся различные дозы биоконцентрата: 3; 5; 7 %. Все дозы проявляют бактерицидный эффект.
Для пробной лабораторной выпечки использовалась мука с различной степенью зараженности возбудителями картофельной болезни хлеба.
Бактерицидный эффект проявляется в зависимости от степени зараженности муки и дозы вносимого биоконцентрата. При увеличении дозы биоконцентрата на фоне пониженной численности возбудителей проявляется его подавляющее действие. При внесении 10.0 % биоконцентрата полностью устраняются признаки заболевания в провокационных условиях. Использование биоконцентрата ацидофильных бактерий способствует улучшению физико-химических и структурно-механических свойств мякиша хлеба. Хлеб отличается лучшими по сравнению с контрольными показателями (объемного выхода, формоустойчивости), равномерным распределением по всему объему тонкостенных пор.
Рис. 7. Развитие картофельной болезни в хлебе: 1– биоконцентрат на основе ацидофильных бактерий; 2 – биоконцентрат на основе пропионовокислых бактерий; 3 – КМКЗ; 4 – биоконцентрат молочнокислых бактерий
На основе анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что биоконцентраты пропионовокислых бактерий обладают лучшими бактерицидными свойствами. Среднее значение зоны подавления роста бактерий рода Bacillus биоконцентратами пропионовокислых бактерий при внесенной дозе 3.0 % на 3 мм выше, чем аналогичное значение биоконцентратов ацидофильных бактерий; при внесенной дозе 5.0% разница составляет 3,25 мм; при внесенной дозе 7.0% разница составляет 4.5 мм. Время проявления признаков картофельной болезни при внесении биоконцентратов пропионовокислых бактерий превосходит время проявления признаков картофельной болезни при внесении биоконцентратов ацидофильных бактерий. Так, при зараженности муки 2•105 КОЕ/г среднее время проявления признаков картофельной болезни при внесении биоконцентратов пропионовокислых бактерий превосходит на 20 часов время проявления признаков картофельной болезни при внесении биоконцентратов ацидофильных бактерий. Биоконцентраты ацидофильных бактерий имеют более высокие физико-химические показатели качества хлеба, чем физико-химические показатели при внесении биоконцентратов пропионовокислых бактерий. Так, пористость мякиша хлеба превышает на 3%, а удельный объем – на 3.5 см3/г.
В ходе эксперимента контролировалась динамика поведения теста в процессе его замеса. Во время тестирования фиксировали водопоглотительную способность (ВПС), время образования (развития теста), устойчивость (стабильность) теста при замесе и разжижение теста, а также показатель “силы” муки и его консистенцию в процессе замеса теста. Показатель водопоглощения коррелирует с показателем объемного выхода хлеба. Чем выше водопоглощение, тем больше объемный выход хлеба. Измерялись клейстеризующие свойства и ферментативная активность муки пшеничной. Осуществлялся контроль динамики реологического поведения теста из пшеничной муки при объемном растяжении определенной пробы с помощью воздуха и определение упругих, пластичных и эластичных свойств. Установлена связь между ферментационной способностью муки и свойствами белкового каркаса.
Ацидофильная закваска способствует ослаблению структуры теста, снижает ее упругость, поскольку протеолитические ферменты ацидофильных бактерий воздействуют на клейковину муки. Закваска разрушает белково-протеиназный комплекс и тем самым уменьшает “силу” муки. В то же время снизились такие показатели качества муки по фаринографу, как водопоглощение, время образования и устойчивость теста, а степень размягчения – возросла, что сказалось на снижении “силы” муки относительно контроля и общей балловой оценке.
Значительное содержание мальтозы ограничивает осмотическое набухание белков, снижает водопоглотительную способность, ослабляет консистенцию теста, повышает эластичность по фаринографу, увеличивает газоудерживающую способность, показатель удельного объема хлеба, снижает упругие свойства теста и увеличивает пластичные свойства по альвеографу.
Согласно данным амилограммы, действие амилолитических ферментов в закваске выше, чем у контрольного образца. Брожение теста протекает интенсивнее и лучше (выше скорость ферментации дрожжей и газоудерживающая способность, объемный выход хлеба).
У муки с добавлением пропионовой закваски увеличивается устойчивость теста и общая балловая оценка, а следовательно, повышается “сила” муки. Повышаются упругие свойства теста и стабилизируется отношение упруго- пластичных свойств, увеличивается эластичность теста, газоудерживающая способность. Хлеб с применением 3%-й пропионовой закваски улучшает свои физико-химические показатели – увеличивается удельный объем хлеба на 3%, пористость на 3,5%.
В результате проведенного эксперимента установлено: эффективное предотвращение развития картофельной болезни хлеба и улучшение качественных показателей и потребительских свойств хлебобулочных изделий достигается за счет применения биоконцентратов на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий.
Суммарный экономический эффект в год составит 163188 руб., или 560 руб/т.
Общие выводы
1. Системный анализ информационного материала показал, что поступающая на элеваторы и перерабатывающие предприятия зерновые культуры в послеуборочный период контаминированы микроорганизмами грибной (р.р. Fusarium, Alternaria, Bipolaris, Ascochita, Cladosporium, Epicoccum, Helmihthosporium, Trichoderma, Penicillium, Aspergillus) и бактериальной (Micrococcus, Proteus, Pseudomonas, Sarcina, Streptococcus, Bacillus, Hanthomonas) этиологии, вызывающими плесневение, самосогревание, картофельную болезнь хлеба и загрязнение продукции высокотоксичными канцерогенными их метаболитами в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств. Потери зерна составляют 20…30%, муки – 10…15%, хлеба – 25…30%.
2. Проведенная систематизация методов деконтаминации зерновых культур в послеуборочный период и обеспечения микробиологической безопасности на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств показала, что существующие методы и средства предотвращения патогенеза и развития возбудителей токсикогенных инфекций, плесневения и картофельной болезни хлеба на основе химических, биологических и физических факторов воздействия не всегда эффективны, ухудшают органолептические показатели продукции, могут быть опасны для человека и сельскохозяйственных животных, имеют сложную технологию изготовления и применения, требуют значительных затрат на приобретение дополнительного оборудования и его обслуживание.
3. Разработанная система управления функциональной активностью физических и биологических факторов и предложенный комплекс превентивных мероприятий на основе метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля с применением биоконцентратов приводят к снижению уровня контоминации до нуля или безопасных пределов.
4. Разработанные концепция, методы и адаптированые методики активного планирования эксперимента на основе предварительных исследований системы обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств показали хорошую эффективность освобождения зерна, муки и хлебобулочных изделий от комплекса микрорганизмов. Полученные модели процесса обеззараживания позволили:
– провести первичную обработку экспериментальных данных и установить статистические закономерности, характеризующие технологический процесс СВЧ-обработки зерна, его обеззараживания и улучшения физико-химических показателей;
– оценить показатели эффективности СВЧ-обеззараживания по экспериментальным данным;
– выявить эффективные параметры СВЧ-обеззараживания, улучшающие технологические свойства зерна и продуктов его переработки.
5. Использование эффективных режимов электротермического воздействия энергией СВЧ-поля и биологических средств для обезвреживания технически вредной микрофлоры и различных групп микроорганизмов позволяет обеспечить микробиологическую безопасность зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств:
- для деконтаминации зерна от грибов родов Fusarium, Alternaria, Bipolaris, способных развиваться и продуцировать микотоксины на любом технологическом этапе (хранение, транспортирование и переработка), необходимо проводить СВЧ-обработку зерновых культур в послеуборочный период на стадии первичной переработки продукции. Зерно влажностью 17,5 % следует обрабатывать при скорости нагрева 0,6-0,8 0С/с и экспозиции 60-90 с. Зерно влажностью выше 18 % – при скорости нагрева 0,4-0,6 0С/с и экспозиции 30-60 с. Указанные режимы обеспечивают микробиологическую безопасность зерна, продуктов его переработки и хлеба;
- для предотвращения развития возбудителей плесневения и картофельной болезни хлеба обработку следует проводить на этапе стабилизации влажности перед подачей зерновой массы на размол. Эффективные режимы для обезвреживания грибов, относящихся к родам Aspergilus и Penicilium, экспозиция составляет 60-90 с., скорость нагрева – 0,6-0,8 0С/с, температура – 62-85 0С, для грибов рода Mucor экспозиция – 240-260 с, скорость нагрева – 0,24-0,4 0С/с, температура – 65-85 0С;
- для обезвреживания спорообразующих бактерий рода Bacilius на зерне необходимы: влажность 15-16% при экспозиции = 60-90 с, скорость нагрева – 0.6-0.8оС/с и температура нагрева 60-80оС;
- для отрубей, обработанных эффективными режимами СВЧ-воздействия (экспозиция 240-360 с, скорость нагрева 0,24-0,4 0С/с, температура нагрева 65-850С), не установлено развитие плесени хранения в течение 6 месяцев; в побочных продуктах переработки зерна кукурузы, обработанных в эффективных режимах (экспозиция 60-90 с, скорость нагрева 0,6-0,8 0С/с, температура нагрева 65-850С) развитие плесени хранения не наблюдалось в течение 6 месяцев;
- мука пшеничная, обработанная СВЧ-эффективными режимами (экспозиция 240-360 с, скорость нагрева 0,24-0,4 0С/с, температура нагрева 35-650С), свободна от жизнеспособных спор и вегетативных клеток бактерий рода Bacillus, вызывающих картофельную болезнь хлеба. Хлеб, выпеченный из этой муки, оставался без признаков развития картофельной болезни в течение 7 суток термостатирования при температуре 370С и влажности 100%;
- хлеб, выпеченный из муки, обработанной СВЧ-режимами (экспозиция – 60…90 с, скорость нагрева – 0,6…0,8 0С/с, температура нагрева – 55…650С), не заболевал картофельной болезнью на протяжении 7…8 суток термостатирования при температуре 370С и влажности 100%.
6. Установлены закономерности ответной реакции зерна и муки на эффективные режимы метода электротермического обезвреживания разных групп микроорганизмов энергией СВЧ-поля для повышения технологических свойств зерна, муки, улучшения физических свойств теста и качественных показателей хлебобулочной продукции:
- обработка зерна в режимах: экспозиция – 60…90с; скорость нагрева – 0,6…0,8 0С/с, температура нагрева 57…630С – улучшает качество клейковины, укрепляет слабую, изменяя показатели прибора ИДК-1м на 20…25 ед. Повышается устойчивость теста, газоудерживающая способность – на 5%, скорость ферментации дрожжей на – 20%.
- обработка муки в режимах: экспозиция – 60…90 с; скорость нагрева – 0,6…0,8 0С/с, температура нагрева 56…600С – наблюдается денатурация белков. Клейковина укрепляется, приобретает упругость и становится менее растяжимой, показатели прибора ИДК-1м уменьшаются на 20…30 ед. Показатели качества клейковины соответствуют I группе – хорошая. Увеличивается время образования теста в 7 раз, снижается время разжижения на 5-7% и повышается балловая оценка, а следовательно, и “сила” муки в 3-4 раза, коэффициент газоудержания увеличивается на 3%;
- обработка зерна в режимах: экспозиция – 30…60с; скорость нагрева – 0,4…0,6 0С/с, температура нагрева – 35…400С – клейковина ослабевает, теряет упругость и становится более растяжимой. На 10% увеличилась водопоглотительная способность муки, коэффициент газоудержания увеличился на 2,5…9,2%, сократилось время образования теста на 0,5…1%, увеличилось значение высоты поднятия теста на 1…2%;
- нагрев зерна и муки при температуре 70…75 0С (экспозиция – 90 с, скорость нагрева – 0,8 0С/с) – укрепляет клейковину, которая теряет связанность, становится короткорвущейся, часто не отмывается. Показатели прибора ИДК-1м соответствуют III группе – неудовлетворительная крепкая. При этом снижается ВПС на 4%, время образования теста – на 20%, на 25 – 40% снижается балловая оценка состояния муки. Температура клейстеризации повышается на 1…20С, увеличивается время клейстеризации. При температуре нагрева 70…800С теряется эластичность, повышается коэффициент газоудержания и газообразования$
- хлеб, выпеченный из обработанной муки, имеющей клейковину I группы, соответствует всем требованиям показателей качества, имеет правильную форму, ровную верхнюю корку, мякиш эластичный, мелкопористый, при всех способах приготовления теста: опарном, безопарном, ускоренной холодной технологии.
7. Исследования показывают, что разработанные сухие биоконцентраты на основе пропионовокислых бактерий позволяют предотвратить развитие картофельной болезни хлеба на 120 часов в провокационных условиях. Качественные характеристики биоконцентрата (кислотность – 12…14%, влажность – 3,5…4,0%) рациональные диапазоны и способы дозировок введения биоконцентратов в рецептуры при замесе теста 1,5-5,0 % для повышения устойчивости технологий и стабилизации качества хлеба позволили установить:
- разработанные сухие биоконцентраты на основе ацидофильных бактерий улучшают органолептические показатели хлебобулочных изделий и предотвращают развитие картофельной болезни хлеба на протяжении 100 часов хранения при температуре 370С и влажности 100%. Качественные характеристики биоконцентрата: кислотность – 12…14%, влажность – 3,5…4,0%;
- сухие биоконцентраты на основе пропионовокислых бактерий улучшают физические свойства муки и реологические свойства теста. Увеличивается время устойчивости теста на 3-5%, продляется время размягчения теста в 1,3-2,5 раза, повышается значение балловой оценки муки в 2,5-3 раза, максимальное значение подъема теста возрастает на 8-12%, общий объем выделившего газа снижается на 5-6%, при этом продляется время максимальной высоты подъема теста, а процент снижения высоты теста к концу анализа в контрольном образце выше на 10-50%.
8. Для обезвреживания микроорганизмов грибной и бактериальной этиологии и обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур в технологиях производства муки и хлебобулочных изделий рекомендуются режимы метода электротермического воздействия энергии СВЧ-поля: экспозиция – 30…60 с; скорость нагрева – 0,4..0,6 0С/с; температура нагрева – 55…600С.
9. При внедрении комплексного метода электротермического СВЧ-обеззараживания для обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур в послеуборочный период и безопасности продуктов первичной переработки чистый дисконтированный доход составил 126,14 тыс. руб. на 400 т готовой продукции; годовой экономический эффект от применения сухих биоконцентратов, обеспечивающих микробиологическую безопасность продукции на стадии хлебопекарного производства, определяется в объеме 1631881 руб. на 2920 т продукции или на 560 тыс.руб. на 1 т продукции.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:
1. Юсупова Г.Г. Использование СВЧ-энергии при разработке технологии диетических сортов хлеба/ Г.Г.Юсупова, Н.В.Цугленок, Г.И. Цугленок // Механизация и электрификация с.х.– 2004. – №2. – С. 16-17.
2. Юсупова Г.Г. Влияние СВЧ-энергии на микроскопические грибы и микотоксины/ Г.Г. Юсупова //Вестн. Краснояр. гос. ун-та.– 2003. – №3. – С. 236-238.
3. Юсупова Г.Г. Методика расчета параметров СВЧ установки для обеззараживания продовольственного зерна/ Г.Г.Юсупова, Н.В.Цугленок, Р.Х.Юсупов // Электричество.– 2004. – №3. – С. 64-65.
4. Юсупова Г.Г. Обеззараживание зерна пшеницы энергией СВЧ-поля / Г.Г.Юсупова // Хранение и переработка сельхозсырья.– 2003. – № 12. – С. 67-69.
5. Юсупова Г.Г. Подготовка зернового сырья для солодоращения с использованием энергии СВЧ-поля/ Г.Г.Юсупова, Ю.И.Зданович // Вестн. КрасГАУ. –2005. – С.115–118.
6. Юсупова Г.Г. Применение энергии СВЧ-поля для обеспечения безопасности и улучшения качества продуктов растительного происхождения/ Г.Г.Юсупова, Ю.И. Зданович, Э.И.Черкасова // Хранение и переработка сельхозсырья.– 2005 г. – № 7. – C. 27–30.
7. Юсупова, Г.Г. Проблемы экологической безопасности зернового продовольственного сырья и способы ее решения/ Г.Г.Юсупова, Ю.И. Зданович., Э.И.Черкасова // Хранение и переработка сельхозсырья.– 2005 г. – № 9. – 14 с.
8. Юсупова Г.Г. Экологическая безопасность зернового продовольственного сырья: проблемы и пути решения/ Г.Г. Юсупова, Ю.И. Зданович. Г.И. Цугленок, Э.И.Черкасова // Вестн. КрасГАУ.– 2005. – C. 236–238.
9. Юсупова Г.Г. Деконтаминация зерна и продуктов его переработки от токсикогенных грибов энергией СВЧ-поля / Г.Г.Юсупова // Вестн. МГАУ им. В.П. Горячкина.– 2008. – №4. – С. 26-28.
10. Юсупова Г.Г. Микробиологическая безопасность муки и хлеба. / Г.Г.Юсупова // Хлебопродукты. – 2008.– №11.– С.55-57.
11. Юсупова Г.Г. Обеспечение микробиологической безопасности муки и хлеба энергией СВЧ-поля / Г.Г. Юсупова, Р.Х. Юсупов// Вестн. МГАУ им. В.П. Горячкина.– 2009. – №1. – С. 20-22.
12. Юсупова Г.Г. Обеззараживание зерна пшеницы перед проращиванием в СВЧ-полях. /Г.Г.Юсупова, В.С.Кочетов, О.В.Синельникова// Хранение и переработка сельхозсырья.– 2010. –№1. – С. 27-29.
Патенты на изобретения:
13. Патент №49416 от 27.11.2005. Система очистки и подготовки зерна к помолу/ Г.Г. Юсупова, В.Н. Цугленок
14. Патент №2283861 от 20.09.2006. Способ производства солода из пивоваренных сортов ячменя / Г.Г.Юсупова, Н.В.Цугленок, Р.Х.Юсупов, Г.И.Цугленок, Ю.И.Зданович, Э.И. Черкасова
15. Патент №2292164 от 27.01.2007. Способ обработки смеси крупы с овощами / Г.Г.Юсупова, Н.В.Цугленок, Р.Х.Юсупов, Г.И.Цугленок, Э.И.Черкасова, Ю.И.Зданович
Книги, монографии, опубликованные по материалам диссертации:
16. Юсупова Г.Г. Особенности контроля качества зерна по международным стандартам / Г.Г. Юсупова. – Челябинск: ЮУрГУ, 2004. – 64 с.
17. Цугленок Н.В. Комплексная система обеззараживания зерна и продуктов его переработки / Н.В. Цугленок, Г.И.Цугленок, Г.Г.Юсупова – Красноярск, 2004. – 250 с.
18. Цугленок Н.В. Методы и математические модели процесса обеззараживания продовольственного зерна/ Н.В.Цугленок, Г.И.Цугленок, Г.Г. Юсупова. – Красноярск, 2004. – 250 с.
19. Юсупова Г.Г. Сырье для хлебопекарного и кондитерского производства и методы его улучшения/ Г.Г. Юсупова, Р.Х. Юсупов, Т.А. Толмачева. – Челябинск, 2004. – 264 с.
20. Юсупова Г.Г. Термическое воздействие СВЧ-поля на продовольственное зерно пшеницы/ Г.Г. Юсупова, Г.И. Цугленок, Т.А. Головина. – Красноярск, 2005. – 125 с.
21. Юсупова Г.Г. Особенности влияния электромагнитного поля СВЧ на развитие микробов зерна и продуктов его переработки/ Г.Г. Юсупова, О.А. Коман, В.Н. Цугленок. – Красноярск, 2005. – 107 с.
22. Юсупова Г.Г. Микробиологический контроль на хлебопекарных предприятиях: Справ. / Г.Г.Юсупова, О.А.Сидорова, О.Л.Тарутина, Р.Д.Поландова, О.В.Афанасьева. – М.: Типография №2, 2008.–335 с.
Публикации в прочих изданиях:
23. Юсупов Р.Х. Картофельная болезнь хлеба и способы ее предупреждения / Р.Х.Юсупов, Г.Г. Юсупова, О.А. Коман // Мат-лы науч.-техн. конф. Ч. 3. – Челябинск: Челяб. гос. агроинж. ун-т., 2003. – C.216-223
24. Юсупов Р.Х. Перспективы использования физическиих методов предупреждения картофельной болезни хлеба: Мат-лы науч.-техн. конф. Ч. 3./ Р.Х.Юсупов, Г.Г. Юсупова, О.А.Коман // Челяб. гос. агроинж. ун-т. – Челябинск, 2003. – C.223-230
25. Юсупова Г.Г. Экологический метод обеззараживания сырья, используемого в хлебном и кондитерском производствах: Мат-лы науч.-техн. конф. Ч. 3./ Г.Г.Юсупова, Г.И.Цугленок, Т.А. Толмачева // Челяб. гос. агроинж. ун-т. – Челябинск, 2003. – C.235-238
26. Юсупова Г.Г. Проблемы обеззараживания зерна, продуктов его переработки и сырья для хлебобулочного и кондитерского производства/ Г.Г.Юсупова, Г.И.Цугленок, О.А.Коман, Т.А. Головина, Т.А.Толмачева // Аграрная наука на рубеже веков / Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2003. – C. 100-101
27. Юсупова Г.Г. Энергосберегающие технологии в борьбе с грибными инфекциями продовольственного зерна. / Г.Г. Юсупова, Т.А. Головина, Г.И. Цугленок// Материалы XIII научно-технической конференции ЧГАУ. – Челябинск: 2003. – Ч.З. – С. 179-184.
28. Юсупова Г.Г. Изменение состояния фитопатогенной микрофлоры и биохимического состава зерна при обработке его СВЧ-полем. / Г.Г. Юсупова, Т.А. Головина, Г.И. Цугленок // Актуальные проблемы биологии. Сборник научных работ. Т.З, №3. – Томск: СГМУ, 2004. – С. 200-201.
29. Юсупова Г.Г. Методы обеззараживания продуктов переработки зерна. / Г.Г. Юсупова, Э.И. Черкасова // Торгово-экономические проблемы регионального бизнес – пространства. Сборник материалов Международной научно-практической конференции Т.3 – Челябинск, изд.ЮУрГУ. С.227-230.
30. Юсупова Г.Г. Влияние энергии СВЧ-поля на потребительские достоинства и физико-химические показатели продукции Увельской крупяной компании / Г.Г. Юсупова, Э.И. Черкасова // Аграрная наука на рубеже веков: материалы Всероссийской научно-практической конференции, - Красноярск, КрасГАУ, 2005. – С.249-250.
31. Юсупова Г.Г. Использование СВЧ-энергии при переработке новых видов круп, производимых Увельской крупяной компанией. / Г.Г. Юсупова, Э.И.Черкасова // Материалы XIII научно-технической конференции, - Челябинск, ЧГАУ, 2004. – С. 300-303.
32. Юсупова Г.Г. Проблемы качества сырья используемого для производства продуктов растительного происхождения. / Г.Г. Юсупова, Ю.И. Зданович, Э.И. Черкасова // Теория и практика коммерческой деятельности. Материалы VI Межрегиональной научно-практической конференции, - Красноярск, КГТЭИ, 2005. – С. 144-147.
33. Юсупова Г.Г. Влияние СВЧ-обработки на фитопатогенные грибы/ Г.Г. Юсупова, Г.И.Цугленок, Г.А.Головина // Экономика и социум на рубеже веков: Мат-лы науч.-практ. конф. – Челябинск, 2003. – C. 97-100.
34. Юсупова Г.Г. Возможности использования обработки зерна для борьбы с грибными инфекциями: Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве/ Г.Г.Юсупова, Г.И.Цугленок, Т.А.Головина // Тр. 3-й Междунар. науч.-техн. конф. / ГНУ ВИЭСХ, – М., 2003. – C. 122–127.
35. Юсупова Г.Г. Обеззараживания зерна кукурузы от микроскопических грибов, энергией СВЧ-поля/ Г.Г.Юсупова, Г.И.Цугленок // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: Тр. 3-й Междунар. науч.-техн. конф. / ГНУ ВИЭСХ. – М. 2003. – С. 116-121.
36. Юсупова Г.Г. Микотоксины. Причины возникновения вредоносности. Способы обезвреживания/ Г.Г.Юсупова, Г.И.Цугленок // Экономика и социум на рубеже веков: Мат-лы науч.-практ. конф. – Челябинск, 2003. – С. 94-97.
37. Юсупова Г.Г. Использование СВЧ-энергии при разработки технологии диетических сортов хлеба/ Г.Г.Юсупова, Г.И.Цугленок, О.А.Коман // Экономика и социум на рубеже веков: Мат-лы науч. – практ. конф. – Челябинск, 2003. – С. 100-104.
38. Юсупова Г.Г. Использование СВЧ-обеззараживания в пищевой про-мышленности/ Г.Г.Юсупова, Г.И.Цугленок, Т.А.Толмачева // Экономика и социум на рубеже веков: Мат-лы науч.-практ. конф. – Челябинск, 2003. – С. 104-106.
39. Юсупова Г.Г. Применение СВЧ-энергии при обеззараживании от споровой бактериальной и грибной микрофлоры/ Г.Г.Юсупова, О.А.Коман, Т.А.Головина, Т.А.Толмачева // Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства: Мат-лы междунар. науч.-практ. конф. – Т. 2. / Юж.-Урал. гос. ун-т. – Челябинск, 2003. – С. 176–179.
40. Юсупова Г.Г. Экологически чистый метод предупреждения картофельной болезни хлеба/ Г.Г.Юсупова, А.П.Берестов, Н.В.Цугленок, О.А.Коман // Федеральные и региональные аспекты в области здорового питания: Мат-лы Междунар. симп. – Кемерово, 2002. – С. 89–91.
41. Юсупова Г.Г. Использование СВЧ-энергии при разработке технологии диетических сортов хлеба/ Г.Г.Юсупова, А.П.Берестов, Г.И.Цугленок, О.А.Коман, В.Н.Цугленок // Федеральные и региональные аспекты в области здорового питания: Мат-лы Междунар. симп. – Кемерово, 2002. – С. 91–93.
42. Юсупова Г.Г. Влияние СВЧ-энергии на физико-химические показатели качества зерна кукурузы/ Г.Г.Юсупова, Г.И.Цугленок и др. // Мат-лы 18-й науч.-техн. конф. / ЧГАУ. – Челябинск, 2004. – С. 290-293.
43. Юсупова Г.Г. Изменение белкового и углеводного комплекса зерна пшеницы при обеззараживании воздействием СВЧ-излучений/ Г.Г.Юсупова, Н.В.Цугленок и др. // Мат-лы 18-й науч.-техн. конф. / ЧГАУ. – Челябинск, 2004. – С. 293-296.
44. Юсупова Г.Г. Фунгицидное действие ЭМП СВЧ / Г.Г.Юсупова // Мат-лы 18-й науч.-техн. конф. / ЧГАУ. – Челябинск, 2004. – С. 30.
45. Юсупова Г.Г. Изменение комплекса факультативных фитопатогенных грибов зерна пшеницы под влиянием СВЧ-излучения/ Г.Г. Юсупова, Н.В Цугленок., Т.А.Головина // Мат-лы юбилейной конф., посвящ. 85-летию кафедры микологии и альгологии МГУ им. М.В. Ломоносова. – М., 2004. – С. 46–47.
46. Юсупова Г.Г. Обеспечение безопасности и улучшение качества продовольственного сырья и пищевых продуктов энергией СВЧ-поля/ Г.Г.Юсупова, Р.Х.Юсупов, Ю.И.Зданович, Э.И.Черкасова, Т.А.Толмачева, О.А.Коман, Т.А.Головина // Сборник «Наука и технологии. Избранные труды Российской школы (К 70-летию Г.П. Вяткина), Москва, 2005. – С.634 –644
47. Юсупова Г.Г. Обеспечение микробиологической безопасности зерна, муки и хлеба/ Г.Г.Юсупова, Л.А.Жидких //Хлебопечение России –2007. – №2. – С. 26–28.
48. Юсупова Г.Г. Повышение микробиологической безопасности хлебобулочных изделий с использованием заквасок/ Г.Г.Юсупова, Т.В.Быковченко // Материалы II Международной конференции «Индустрия пищевых ингредиентов» / Международная промышленная академия, М.: Пищепромиздат, 2007. – С. 73–75.
49. Юсупова Г.Г. Влияние замораживания на микробиологическую чистоту и безопасность пшеничного хлеба/ Г.Г. Юсупова, М.И.Юрко, В.И.Заикина // Материалы 4-й международной конференции «Современное хлебопечение», 2007 г. – С. 107-110.
50. Юсупова Г.Г. Влияние низких температур на микробиологическую чистоту и безопасность пшеничного хлеба/ Г.Г Юсупова, М.И.Юрко, В.И.Заикина // Хлебопечение России. – №2.- 2008. – С. 16-18
51. Юсупова Г.Г. Экологически безопасные методы и ингредиенты снижения микробной контоминации хлебобулочных изделий/ Г.Г.Юсупова // Сборник материалов всероссийской конференции «Научно-практические аспекты экологизации продуктов питания». – Углич, 2008 г. – С. 327-329
52. Юсупова Г.Г. Деконтаминация микроорганизмов грибной этиологии энергией СВЧ-поля. / Г.Г. Юсупова // Материалы первого международного хлебопекарного форума в рамках 14-й Международной выставки «Современное хлебопечение-2008». – Москва. – Международная промышленная академия – Экспоцентр на Красной Пресне. – 2008 г. – С. 79– 83.
53. Юсупова Г.Г. О методиках выявления картофельной болезни хлеба/ Г.Г. Юсупова, О.Л. Тарутина, О.А. Сидорова // Сборник научных трудов X Межрегиональной научно-практической конференции (Екатеринбург, 12 февраля 2009 г.). – С.13 – 21.
54. Юсупова Г.Г. Микробиологический контроль на хлебопекарных предприятиях / Г.Г. Юсупова, О.А. Сидорова, О.Л. Тарутина// Сборник научных трудов X Межрегиональной научно-практической конференции (Екатеринбург, 12 февраля 2009 г.). – С.21– 28.
55. Юсупова Г.Г. Влияние биоконцентратов на микробиологическую безопасность хлеба / Г.Г. Юсупова// Материалы второго международного хлебопекарного форума. – Москва. – 2009. – С.91– 98.
56. Юсупова Г.Г. Микробиологический и санитарный контроль хлебопекарного производства / Г.Г. Юсупова, О.А. Сидорова, О.Л. Тарутина// Материалы второго международного хлебопекарного форума. – Москва. – 2009. – С.173–177.
57. Юсупова Г.Г. Люминесцентный метод диагностики картофельной болезни хлеба как одно из перспективных направлений исследований /Г.Г. Юсупова, О.Л. Тарутина, Н.И. Шнырук, О.А. Сидорова// Материалы второго международного хлебопекарного форума. – Москва. – 2009.-С.231– 235.
58. Юсупова Г.Г. Люминесцентный метод диагностики картофельной болезни / Г.Г. Юсупова, О.Л. Тарутина, Н.И. Шнырук, О.А. Сидорова, О.Н. Бердышникова// Материалы всероссийской конференции. – Углич. – 2009. С.252–254.
59. Юсупова Г.Г. Методы контроля качества муки по реологическим свойствам / Г.Г. Юсупова, О.Н. Бердышникова// Хлебопечение России – 2010. – №1. – С.17– 18.
