Технология сухого пророщенного зерна пшеницы, его применение при производстве хлебобулочных изд е лий
На правах рукописи
Бурова Наталья Олеговна
ТЕХНОЛОГИЯ СУХОГО ПРОРОЩЕННОГО ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ,
ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Специальность 05.18.01. – Технология обработки, хранения и
переработки злаковых, бобовых культур,
крупяных продуктов, плодоовощной
продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2011
Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии хранения и переработки продукции растениеводства ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет».
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор
Иванов Геннадий Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Малин Николай Иванович
доктор технических наук, профессор
Черных Валерий Яковлевич
Ведущая организация – НОУ ДПО «Международная промышленная академия»
Защита состоится 27 октября 2011 г. в 10 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д.11, ауд. 302
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».
Автореферат разослан «16 » сентября 2011 г.
Ученый секретарь Совета к.т.н., доцент Белявская И.Г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Обеспечение населения продуктами питания, сбалансированными по содержанию пищевых веществ и функциональных ингредиентов, является одной из важных задач пищевых производств. В последние несколько десятилетий среди населения широко распространилась тенденция употребления в пищу пророщенных семян, обладающих полезными свойствами. Особый интерес представляют пророщенные зерна пшеницы, так как именно эта культура повсеместно выращивается на территории России. Зерна с проростками длиной не более 5 мм содержат достаточное количество антиоксидантов, которые в малых концентрациях замедляют или предотвращают окислительные процессы. Кроме того, в процессе проращивания в зерне активизируются ферментные системы и происходит расщепление сложных пищевых веществ до более простых, легко усвояемых организмом человека.
В то же время, из-за отсутствия современной технологии получения пророщенного зерна, которое может храниться длительное время без ущерба для его уникальных свойств, промышленность не в полной мере удовлетворяет спрос населения в этом продукте. Хранение в сухом виде позволило бы решить эту проблему, но существующая технология конвективной сушки пророщенного зерна требует применения высоких температур, что отрицательно сказывается на содержании полезных компонентов в высушенном продукте. Конвективная сушка пророщенного зерна при низких температурах устранила бы этот недостаток, однако при этом создаются благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры. Следовательно, необходимо применение таких технологических приемов и оборудования, которые позволяют устранить негативное воздействие указанных выше факторов. Технология сушки пророщенных зерновых культур в вакуумной сушильной установке с инфракрасными излучателями наиболее перспективна, так как она позволяет полностью высушить продукт при достаточно низких температурах, сохранив в нем полезные вещества, в том числе и те, которые были получены при проращивании. Поэтому изучение процессов проращивания зерен злаковых культур с последующей их сушкой в вакуумных сушилках с инфракрасными излучателями, их хранение и использование в технологии производства хлебобулочных изделий является актуальной задачей для хлебопекарной промышленности РФ.
Все вышесказанное определило цели и задачи работы.
Цели и задачи исследования.
Цель исследования – создание технологии проращивания зерновой культуры с последующей сушкой пророщенного зерна в вакуумной сушильной установке для расширения ассортимента диетических продуктов, и дальнейшего их применения в хлебопекарной промышленности.
В задачи исследований входило:
- изучить показатели качества зерна пшеницы для проведения экспериментальных исследований;
- определить рациональную температуру и режим проращивания зерна;
- установить режим сушки пророщенного зерна пшеницы в вакуумной сушильной установке с инфракрасным энергоподводом;
- установить срок хранения высушенного пророщенного зерна;
- обосновать и экспериментально подтвердить целесообразность использования сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы в рецептуре хлебобулочных изделий для повышения их пищевой ценности;
- разработать техническую документацию для производства сухого пророщенного зерна пшеницы и для производства хлебобулочных изделий с добавлением сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы.
Научная новизна. Установлены режим и степень проращивания зерна пшеницы.
Разработан режим сушки пророщенного зерна пшеницы в вакуумной сушильной установке с инфракрасным энергоподводом.
Разработан способ контроля процесса сушки пророщенного зерна по измерению его электрического сопротивления.
Разработан технологический регламент производства нового пищевого продукта «Зерно пшеницы цельное пророщенное».
Получен патент № 2412615 Российская Федерация, МПК A23B 9/08 A23L 1/172 на «Способ консервации проростков пшеницы» / Арсентьев А. А. (Россия), Блинов В.М. (Россия), Иванов Б.В. (Россия), Сташкова Н.О.(Россия); заявитель ООО «Интех» - № 2009112959/13 заявлено 04 мая 2009г.
Установлен срок хранения высушенного пророщенного зерна пшеницы.
Установлена целесообразность использования сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы в рецептуре диетических хлебобулочных изделий.
Определено допустимое содержание сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы в диетическом хлебе, которое составляет 20 % от общего количества муки по рецептуре.
Разработаны методики проведения дегустационной оценки сухого пророщенного зерна пшеницы и хлебобулочных изделий с добавлением сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы.
Практическая значимость. Разработаны технические условия для производства продукта «Зерно пшеницы цельное пророщенное» и хлеба зернового «Энергия жизни».
Проведена опытно-экспериментальная апробация технологии, разработаны проекты нормативной документации: ТУ «Зерно пшеницы цельное пророщенное», ТУ «Хлеб диетический «Энергия жизни»; технологическая схема для производства «Зерна пшеницы цельного пророщенного»; технологическая схема и рецептура для производства «Хлеба диетического «Энергия жизни».
Предложен датчик измерения электрического сопротивления для контроля сушки сыпучих продуктов, который был апробирован на предприятии ООО «ИНТЕХ» (г. Йошкар-Ола).
Результаты работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Марийский государственный университет» при чтении курса лекций по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств» по специальности «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции».
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международных конференциях молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» в Казанском государственном техническом университете (2008 г.), на международных конференциях «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» в Марийском Государственном университете (2006-2010 гг.).
Результаты работы демонстрировались на первом всероссийском форуме «Российским инновациям - российский капитал» (19-20 июня 2008 г., г. Чебоксары), проводимом в рамках развития проекта «Инновационная система Российской Федерации» в целях распространения научно-инновационного опыта и интеграции бизнес-сообществ в субъектах Российской Федерации при поддержке аппарата полномочного представителя Президента РФ в Приволжском Федеральном Округе.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в одиннадцати печатных работах, три из них представлены в периодических изданиях, рекомендованных ВАК и 1 патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков и 22 таблицы. Список литературы включает 141 наименование. Приложения к диссертации представлены на 28 страницах.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности проблемы, целей и задач исследования, методов исследований, основных положений, выносимых на защиту, предмет и объекты исследований.
В главе 1 рассмотрены и систематизированы сведения научной и технической литературы об основных сельскохозяйственных культурах, произрастающих на территории северо-восточной части Нечерноземной зоны и пригодных для целей получения пророщенного зерна. Обобщены данные о процессах, происходящих при прорастании зерна. Представлены способы проращивания различных культур. Проведен анализ данных научно-технической литературы о способах консервации пророщенного зерна сельскохозяйственных культур и видах сушки. Рассмотрены способы обогащения состава хлебобулочных изделий нетрадиционными видами сырья для улучшения их органолептических свойств. Выявлены предпосылки для разработки технологии сухого пророщенного зерна пшеницы, а также его использования в технологии диетических хлебобулочных изделий.
В главе 2 представлена схема проведения исследований (рис. 1), характеристика объектов исследований, методы анализа и методика проведения эксперимента, схемы экспериментальной установки и датчика измерения электрического сопротивления зернового слоя.
Объектами исследований при выполнении экспериментальной части служили пророщенные зерна различных культур, контрольные и опытные образцы диетических хлебобулочных изделий с использованием сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы.
Исследования проводились в лаборатории кафедры «Технологии хранения и переработки продукции растениеводства» в ГОУВПО «Марийский государственный университет». Производственные испытания проводились в условиях ООО «ИНТЕХ» (г. Йошкар-Ола) и ООО «Универсал» (Хлебозавод №1, г. Йошкар-Ола).
Рис. 1. Схема проведения исследования
В работе применяли общепринятые и специальные методы оценки свойств сырья, качества готовых изделий. Во второй части исследований (использование сухого пророщенного зерна пшеницы в технологии диетических хлебобулочных изделий) использовали три пробы муки пшеничной высшего сорта и одну пробу зерна пшеницы сухого пророщенного измельченного, характеристики которых приведены в таблице 1.
Для исследований использовали зерно пшеницы сорт Казанская 560, выращенное в Моркинском районе республики Марий Эл, соответствующие требованиям ГОСТ Р 52554-2006 и ГОСТ Р 53049-2008.
Исследования проводились с использованием общепринятых и стандартных методов анализа в соответствии со схемой:
1) Определение качественных показателей зерна до сушки и пророщенного после сушки проводили согласно ГОСТ:
- отбор и подготовка проб по ГОСТ 13586.3-83;
- определение массовой доли влаги по ГОСТ 13586.5-93;
- органолептические показатели по ГОСТ 10967-90;
- определение массовой доли и качества клейковины по ГОСТ 13586.1-68;
- определение сорной и зерновой примесей по ГОСТ 30483-97;
- определение суммарного содержания антиоксидантов по методике, разработанной НПО «Химавтоматика» на приборе Цвет-Яуза-01-АА;
- определение массовой доли белков по ГОСТ 10846-91;
- определение массовой доли жиров ГОСТ 29033-91;
- определение массовой доли углеводов ГОСТ Р 52934-2008;
- определение токсичных элементов по ГОСТ 26927-86, ГОСТ 26930-86, ГОСТ 26932-86, ГОСТ 26933-86.
2) Определение показателей качества хлебобулочных изделий согласно ГОСТ:
- определение массовой доли влаги по ГОСТ 21094-75;
- определение кислотности по ГОСТ 5670-96;
- органолептические показатели оценивали с использованием пятибалльной шкалы.
Таблица 1
Показатели качества муки и сухого пророщенного зерна пшеницы
| Показатель | Мука пшеничная хлебопекарная в/с | Зерно пшеницы сухое пророщенное измельченное | ||
| проба №1 | проба №2 | Проба №3 | ||
| Влажность, % | 12,2 | 14,8 | 14,6 | 8,8 |
| Цвет | кремовый оттенок | кремовый оттенок | белый | свойственный пророщенному зерну |
| Запах | свойственный пшеничной муке, без посторонних запахов, не затхлый, не плесневелый | свойственный пророщенному зерну | ||
| Вкус | свойственный пшеничной муке, без посторонних привкусов | свойственный пророщенному зерну | ||
| Остаток на сите, % | №43 – 1,6% | №45/50 – 4,0% | №43 – 2,0% | круглое отверстие d=1.5 мм – 4,0% |
| Число падения, с. | 190 | 328 | 320 | 66 |
| Белизна, ед. пр. Р3-БПЛ | - | - | 63 | - |
| Клейковина: | ||||
| Массовая доля сырой клейковины, % | 30 | 28 | 28 | клейковина не отмывается |
| Общая деформация, ед.пр.ИДК | 70 | 70 | 65 | |
Пробы сухого пророщенного зерна пшеницы для выявления допустимых сроков годности хранили при температуре 18±3 °С и относительной влажности воздуха 75 % в лабораторных условиях.
Достоверность полученных экспериментальных данных оценивали с использованием приложений Microsoft Excel для Windows ХР и Statistica 6.0.
До закладки опыта зерно подвергалось дополнительной обработке. Оно проходило очистку от минеральных и органических примесей путем промывки в проточной воде, а также от металломагнитных включений с использованием магнита. За основной контролируемый показатель влажного пророщенного зерна приняли наличие зародышевого корешка длиной не более 5 мм у 90 % семян.
Исследования режимов сушки пророщенного зерна пшеницы проводилось в вакуумной сушильной установке с инфракрасными излучателями ВДСУ-2М в интервале температур инфракрасных нагревателей 40-100 °С и при давлении внутри сушильной камеры до 15 кПа (0,2 атм). Температура инфракрасных нагревателей и слоя пророщенной пшеницы контролировалась с помощью медных термопреобразователей сопротивления с кабельным выводом ДТС 014-50М.В3.20/3, установленных соответственно на нагревателях и в центре зернового слоя. Согласно техническим характеристикам, диапазон измерения температур от -50 C до +150 C, погрешность измерения ±0,25 C.
В главе 3 приведены результаты экспериментов и осуществлен их анализ. Основной причиной поиска способов консервации пророщенного зерна была порча продукта в связи с воздействием на него различных факторов внешней среды и жизнедеятельности микроорганизмов. Предлагаемый в работе способ консервации пророщенного зерна предполагает проращивание и сушку осуществлять в одной сушильной камере установки ВДСУ-2М (рис. 2). Преимущества этого очевидны – помимо обеспечения контроля и корректировки температуры в камере во время проращивания, достигается также исключение воздействия внешних факторов, например попадание микроорганизмов из внешней среды, и уменьшение затрат за счет исключения одной транспортной операции из технологического процесса.
Техническая характеристика сушильной установки ВДСУ-2М:
- количество полок – 14 штук
- количество одновременно загружаемых поддонов – 112 штук
- габаритные размеры поддонов – 35х440х540 мм
- полная загрузка сушильной камеры при сушке зерна – 150 кг
- температура инфракрасных нагревателей – от 30 до 120 С
- давление внутри сушильной камеры – от 15 до 20 кПа
- установленная мощность – 15кВт.
Получение сухого пророщенного зерна пшеницы осуществляли следующим образом. Отобранные и промытые семена 1 помещали на поддоны 2, расположенные на полках 3 сушильной установки. Толщина слоя высушиваемого материала не превышала 3 см. Далее семена заливали фильтрованной питьевой водой до верхнего уровня слоя (по объему). Процесс проращивания осуществляли в сушильной камере при атмосферном давлении и заканчивали его при появлении у 90 % семян зародышевых корешков длиной не более 5 мм. Затем включали вакуумный насос и инфракрасные нагреватели. В камере устанавливали разряжение 15-20 кПа. Контроль температуры осуществляли с помощью датчиков 5 и 6, установленных соответственно внутри зернового слоя материала 1 и непосредственно на нагревательных элементах 4. В процессе сушки испаряемая из продукта влага конденсировалась на конденсаторных трубах 7 и самотеком сливалась в нижний патрубок 8, а затем в герметичную емкость с мерным стеклом. Фасовку готового к употреблению высушенного пророщенного зерна пшеницы осуществляли в фильтр-пакеты, либо в другую упаковочную тару. Особенностью процесса проращивания является контролируемое его осуществление в самой сушильной установке, что упрощает технологию производства, снижает энерго- и трудозатраты. Проращивание производилось при температуре инфракрасных нагревателей +40 0С, продолжительность процесса составляла 24 часа, при этом температура во всех измеряемых точках зерновой массы увеличивалась с течением времени до +25 С. В результате у 95 % зерен были получены зародышевые корешки длиной не более 5 мм. После этого приступали к процессу сушки.
Рис. 2. Схема вакуумной сушильной установки с инфракрасными излучателями ВДСУ-2М
Во время исследований установили влияние температуры инфракрасных нагревателей на температуру зернового слоя. Затем определяли общие закономерности сушки пророщенного зерна пшеницы в вакуумной сушильной установке с инфракрасными нагревателями и провели отработку технологических режимов сушки пророщенного зерна. Известно, что при любом способе сушки можно выделить три периода: период прогрева материала, период постоянной скорости сушки и период падающей скорости сушки. Однако, определение границ этих периодов посредством измерения влажности высушиваемого материала возможно для сушильных установок, работающих при атмосферном давлении, что подтверждают многочисленные исследования, отраженные в литературных источниках. Когда же речь заходит о вакуумных сушильных установках с инфракрасным нагревом, то возникает проблема непрерывного измерения влажности высушиваемого зернового материала при его неподвижном положении в условиях вакуума из-за отсутствия необходимых датчиков. Поэтому в исследованиях вместо влажности зернового слоя измеряли его электрическое сопротивление при помощи специального датчика и строили графики его зависимости от времени сушки. Так как электрическое сопротивление материала пропорционально его влажности, то по построенным графикам этой зависимости можно найти этапы сушки, соответствующие классическим периодам.
Датчик (рис. 3) состоит из двух электродов, разделенных между собой диэлектрическими стойками. Нижний электрод – сплошной, верхний – сетчатый. Сетчатый электрод позволяет беспрепятственно удаляться парам влаги из материала. Датчик устанавливается в пророщенное зерно пшеницы, верхний электрод должен быть полностью закрыт пророщенным зерном. К разъемам на верхнем и нижнем электродах крепятся провода, которые в свою очередь через кабельный разъем выведены из сушильной камеры к измерительному блоку. При изменении влажности высушиваемого слоя пророщенного зерна происходит соответствующее изменение его электрического сопротивления.
В процессе сушки электрическое сопротивление слоя будет увеличиваться пропорционально уменьшению его влажности. При исследовании процесса сушки пророщенного зерна пшеницы устанавливали температуру инфракрасных нагревателей и непрерывно контролировали температуру зернового слоя, а также изменение его активного электрического сопротивления в зависимости от времени сушки R=f (). По построенным графикам t=f() и R=f() определяли моменты начала испарения свободной и связанной влаги из высушиваемого пророщенного зерна пшеницы.
Рис. 3. Схема датчика измерения электрического сопротивления зернового слоя
В связи с тем, что границы нулевой степени денатурации белка являются основополагающими при выборе режимов сушки, температура слоя пророщенного зерна пшеницы при сушке не должна превышать 50 C. Максимальное значение температуры нагревательных элементов составляло 100 C, так как чем больше влаги в материале (пророщенное зерно пшеницы имеет расчетную влажность 50 %), тем материал более стоек к воздействию высокой температуры сушильного агента или инфракрасных нагревателей.
В части исследований температура инфракрасных нагревателей имела постоянное значение. При этом она составляла соответственно 100 C, 90 C, 80 C, 70 C и 60 C, при давлении внутри сушильной камеры 15 кПа. Как видно из рисунка 4, в первых четырех случаях температура слоя пророщенного зерна поднялась выше 50 C через 3 – 14 часов после начала сушки. Температура в пророщенном зерне не поднималась выше предельно допустимого значения только при сушке пророщенного зерна при температуре инфракрасных нагревателей 60 C. При дальнейшей сушке при этой температуре нагревателей температура зернового слоя достигла 50 C через 41 час.
Рис. 4. Термограмма влияния температуры инфракрасных нагревателей на температуру пророщенного зерна пшеницы
Полученные данные позволили сделать вывод, что сушку нужно осуществлять, только задавая температуру инфракрасных нагревателей в несколько этапов.
Для этого определялись оптимальные диапазоны и этапы изменения температуры инфракрасных нагревателей при сушке пророщенного зерна пшеницы. В этом исследовании технологии сушки, пророщенное зерно пшеницы располагалось на восьми поддонах на средней полке. По полученным термограммам определили следующую программу сушки. В течение 2 часов сушки температура инфракрасных нагревателей поддерживали на уровне 100 С, далее температуру на инфракрасных нагревателях снизили до 70 С и в течение 10 часов (с 2 до 12 часов сушки) сохраняли неизменной, затем с 12 до 32 часов сушки планировали температуру инфракрасных нагревателей установить равной 60 С. Значение давления на протяжении всего времени сушки было 15 кПа. Температура зерна перед сушкой была 25 С. Общая продолжительность сушки составила 24 часа.
Таким образом, в изучаемом процессе были выделены 3 этапа: первый - начальный, второй - основной и третий - заключительный, каждый из которых соответствует определенной температуре инфракрасных нагревателей. На начальном этапе температура зернового слоя повышалась медленно, а на основном этапе она выросла до 39,2 C. На заключительном этапе температура зернового слоя к 24 часам сушки достигла 50,7 C, поэтому сушку на этом этапе закончили. Влажность высушенного пророщенного зерна, определенная по ГОСТ 13586.5–93, составила 4,1 %. Органолептическая оценка высушенного пророщенного зерна определила нецелесообразность пересушивания зерна.
Далее была проведена корректировка режимов сушки, так как одной из задач исследования является получение сухого пророщенного зерна пшеницы за такое минимально короткое время сушки, которое, тем не менее, позволяло бы обеспечить сохранение тех биологически активных веществ, которые были получены при проращивании. Поэтому, учитывая ранее полученные результаты, режимы сушки для дальнейших исследований были скорректированы следующим образом. На начальном этапе температура нагревателей в течение 4 часов поддерживалась на уровне 80 C, на основном этапе продолжительностью 8 часов - 70 C. На заключительном этапе, который длился 16 часов, температура инфракрасных нагревателей составляла 60 C. Давление в сушильной камере не изменялось и составляло 15 кПа. Общая продолжительность сушки составила 28 часов. Влияние поэтапного изменения температуры нагревателей на температуру зернового слоя отображено на рисунке 5.
Рис. 5 Влияние поэтапного изменения температуры нагревателей на температуру зернового слоя в вакуумной сушильной установке (а – начальный опыт, б – заключительный опыт)
Точка 1 на рисунках 5-а и 5-б показывает границу между начальным и основным этапами, точка 2 – начало заключительного этапа. Таким образом, было определено, что для сушки пророщенного зерна пшеницы в вакуумной сушильной установке оптимальная температура инфракрасных нагревателей будет на первом этапе 80 C, на втором этапе 70 C и на третьем этапе 60 C.
Однако, определение температуры высушиваемого пророщенного зерна в процессе сушки не позволяет в целом представить картину процессов, происходящих внутри сушильной установки, и регулировать технологические параметры по периодам кривой сушки.
Для того, чтобы перейти на промышленное производство новой продукции, нужно исследовать технологию сушки пророщенного зерна пшеницы при полной загрузке сушильной камеры. В этом случае температура зернового слоя на полках, расположенных на разном уровне, может отличаться друг от друга. Поэтому возникла необходимость установки датчиков измерения температуры не в одной средней полке, как это происходило ранее, а в нескольких. Общее количество полок было разделено на три равнообъемных части, тем самым, в дальнейших опытах были выделены три зоны сушки: 1 - нижняя, 2 – средняя, и 3 - верхняя.
Значение электрического сопротивления слоя пророщенного зерна пшеницы измерялось с помощью специального датчика, который уже был описан выше. Датчик был установлен в средней зоне. В связи с полной загрузкой сушильной камеры (150 кг зерна пшеницы) возможны некоторые отклонения от предыдущих данных, поэтому для выяснения влияния режимов сушки на параметры пророщенного зерна, режимы не корректировались и сушка проводилась при тех же параметрах, что и сушка с неполной загрузкой сушильной камеры. Затем, время сушки сократили на один час за счет уменьшения длительности третьего этапа сушки. Температура инфракрасных нагревателей изменялась поэтапно следующим образом. На начальном этапе, продолжительностью 4 часа температура инфракрасных нагревателей была 80 C, затем их температура снижалась до 70 C, основной этап длился 8 часов, на заключительном этапе температуру инфракрасных нагревателей 60 C поддерживали в течение 13 часов. Давление составляло 15 кПа на протяжении всего процесса сушки, то есть в течение 25 часов. Совмещенный график на рисунке 6 демонстрирует характер изменения температуры и электрического сопротивления слоя пророщенного зерна в процессе сушки.
Проведенная статистическая обработка полученных данных показала коэффициент корреляции между температурой инфракрасных нагревателей и температурой высушиваемого пророщенного зерна r=0,904 и между температурой пророщенного зерна и временем сушки r=0,932, что свидетельствует об имеющейся связи между данными.
Рис. 6 Изменение электрического сопротивления слоя пророщенного зерна пшеницы по этапам изменения температуры инфракрасных нагревателей
Подробное рассмотрение кривой изменения сопротивления по этапам изменения температуры инфракрасных нагревателей показывает, что электрическое сопротивление зернового слоя первые три часа сушки растет плавно, и этот этап можно считать этапом прогрева (первый этап сушки). Точку изменения формы кривой можно назвать первой критической точкой (точка 1), после четырех часов сушки линия электрического сопротивления становится прямой, и она продолжается примерно до десятого часа с начала сушки. Этот этап можно назвать этапом постоянной скорости роста электрического сопротивления (второй этап сушки), а точку перехода – второй критической точкой (точка 2).После десяти часов, как видно из рисунка 7 кривая R=f() растет сначала по экспоненте, а затем асимптотически приближается к своему максимальному значению. Такой этап можно назвать этапом падающей скорости роста электрического сопротивления (третий этап сушки).
С целью окончательной отработки технологических режимов сушки пророщенного зерна пшеницы, в дальнейшем температура инфракрасных нагревателей задавалась не произвольно, а по выявленным этапам сушки, зависящим от изменения величины электрического сопротивления с течением времени сушки. Поэтому продолжительность этапа прогрева была установлена 3 часа и оставалась неизменной, при этом изменялась продолжительность второго этапа сушки с 7 до 5 часов.
Технологические режимы сушки, полученные в результате проведения серии опытов:
- давление в сушильной камере – 15 кПа;
- 1 этап – температура нагревателей 80 °С в течение 3 часов;
- 2 этап - температура нагревателей 70 °С в течение 5 часов;
- 3 этап - температура нагревателей 80 °С в течение 15 часов;
- общее время сушки – 23 часа.
Проведенная по указанным выше технологическим режимам сушка определила следующие зависимости электрического сопротивления и температуры слоя пророщенного зерна пшеницы от времени сушки (рис.7).
Рис. 7 Зависимость электрического сопротивления и температуры слоя пророщенного зерна пшеницы от времени сушки
Проведенная статистическая обработка полученных данных показала среднюю обратную зависимость между температурой инфракрасных нагревателей и температурой высушиваемого пророщенного зерна r=-0,796, и высокую зависимость между температурой пророщенного зерна и временем сушки r=0,997, что свидетельствует о наличии связи между данными.
Кривые t=f(t) и R=f(t) на рисунке 7 позволяют проанализировать характер происходящих процессов. Температура в пророщенном зерне поднималась постепенно, в то время как, начиная с восьмого часа сушки, происходят значительные изменения величины электрического сопротивления.
На рисунках 8 и 9 показаны кривые изменения электрического сопротивления в процессе сушки, которые позволяют поэтапно показать происходящие с влажным пророщенным зерном процессы.
Рис. 8 Изменение электрического сопротивления зернового слоя на первых двух этапах изменения температуры нагревателей
Из графика видно, что электрическое сопротивление зернового слоя на начальном этапе изменяется медленно. Затем, на основном этапе кривая имеет линейный характер. Прямая линия на этом рисунке выражается уравнением: у = 4,39х – 12,13, величина достоверности аппроксимации R = 0,995.
Рис. 9 Экспоненциальный рост электрического сопротивления зернового слоя на третьем этапе
Для третьего этапа сушки уравнение регрессии имеет вид y=17,094е0,3428Х. Величина достоверности аппроксимации для этой кривой R = 0,9983.
Температура пророщенного зерна пшеницы в конце сушки не превысила 40 C, тем самым в сухом зерне сохраняются все полезные вещества. Влажность сухого зерна – 10,6 %. Для оценки органолептических свойств сухого пророщенного зерна пшеницы была разработана методика дегустационной оценки, позволяющая оценить качество сухого пророщенного зерна по 5 балльной системе. Дегустационная комиссия оценила новый продукт на 5 баллов.
В таблице 2 представлена сводная ведомость проведенных исследований процесса вакуумной сушки пророщенного зерна пшеницы.
Таблица 2
Сводная ведомость проведенных исследований
| № опыта | 1 этап | 2 этап | 3 этап | продолжительность сушки, ч. | качество продукта | ||||
| температура нагревателей, 0С | длительность этапа, ч. | температура нагревателей, 0С | длительность этапа, ч. | температура нагревателей, 0С | длительность этапа, ч. | влажность, % | дегустация, балл | ||
| частичная загрузка сушильной камеры | |||||||||
| 1 | 100 | 2 | 70 | 12 | 60 | 18 | 32 | 4,1 | 3,0 |
| 2 | 90 | 2 | 70 | 11 | 60 | 17 | 30 | 6,3 | 3,0 |
| 3 | 80 | 4 | 70 | 10 | 60 | 14 | 28 | 8,7 | 3,5 |
| частичная загрузка сушильной камеры | |||||||||
| 4 | 90 | 2 | 70 | 11 | 60 | 14 | 26 | 8,9 | З,75 |
| 5 | 80 | 4 | 70 | 10 | 60 | 12 | 26 | 9,1 | 4,0 |
| полная загрузка сушильной камеры | |||||||||
| 6 | 80 | 4 | 70 | 10 | 60 | 12 | 26 | 9,3 | 4,25 |
| 7 | 80 | 4 | 70 | 9 | 60 | 12 | 25 | 9,5 | 4,25 |
| отработка режимов | |||||||||
| 8 | 80 | 3 | 70 | 7 | 60 | 15 | 25 | 9,8 | 4,75 |
| 9 | 80 | 3 | 70 | 6 | 60 | 15 | 24 | 10,0 | 5,0 |
| 10 | 80 | 3 | 70 | 5 | 60 | 15 | 23 | 10,6 | 5,0 |
Серия проведенных опытов позволила определить схему производства сухого пророщенного зерна пшеницы (рис.10).
Рис. 10. Структурная схема производства сухого пророщенного зерна пшеницы
Разработанная технология производства сухого пророщенного зерна пшеницы подтверждена Патентом № 2412615 Российская Федерация, МПК A23B 9/08 A23L 1/172 на «Способ консервации проростков пшеницы» / Арсентьев А. А. (Россия), Блинов В.М. (Россия), Иванов Б.В. (Россия), Сташкова Н.О.(Россия); заявитель ООО «Интех» – № 2009112959/13, заявлено 04 мая 2009 года.
После сушки в вакуумной сушильной установке у пророщенного зерна пшеницы значительно увеличивается срок хранения. Предлагаемый способ сушки пророщенного зерна пшеницы позволяет увеличить сроки хранения пророщенного зерна до 1,5 лет. Об этом говорят результаты опыта по определению длительности хранения готового продукта.
Готовое пророщенное зерно пшеницы, высушенное до определенных значений влажности (5,4 %, 10,8 %) помещалось в полиэтиленовый пакет, герметично запаивалось и хранились до появления признаков порчи. Отдельные образцы вскрывались через 6, 12, 18, 24 месяца, и определялась способность прорастания зерен. В каждом образце было по 500 зерен (табл. 3).
В результате этих исследований была установлена оптимальная влажность для сухого пророщенного зерна пшеницы в 10,8 %, срок хранения пророщенного высушенного зерна – 18 месяцев.
Таблица 3
Влияние продолжительности хранения на качество
сухого пророщенного зерна пшеницы
| Показатель качества | Продолжительность хранения, мес. | |||||||
| 6 месяцев | 12 месяцев | 18 месяцев | 24 месяца | |||||
| Влажность, % | 5,4 | 10,8 | 5,4 | 10,8 | 5,4 | 10,8 | 5,4 | 10,8 |
| Цвет | Свойственный пророщенному зерну | |||||||
| Запах | Свойственный пророщенному зерну | |||||||
| Вкус | Свойственный пророщенному зерну | |||||||
| Степень прорастания, % | 95 | 98 | 93 | 95 | 91 | 92 | 70 | 83 |
Для определения показателей качества исходного образца и готового продукта (в целом и измельченном виде) были определены основные показатели качества (табл. 4).
Таблица 4
Основные показатели зерна пшеницы и пророщенного зерна пшеницы
| Показатель | Варианты | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Цвет | Свойственный здоровому зерну пшеницы | Свойственный пророщенному зерну пшеницы | |||
| Запах | Свойственный здоровому зерну пшеницы | Свойственный пророщенному зерну пшеницы | |||
| Вкус | - | Свойственный пророщенному зерну пшеницы | |||
| Влажность, % | 11,6 | 5,4 | 10,8 | 5,4 | 10,8 |
| Число падения, с. | 284 | 65 | 64 | 60 | 60 |
| Стекловидность, % | 35 | 34 | 36 | - | - |
| Массовая доля сырой клейковины, % | 20 | неотмывающаяся | |||
| Общая деформация, ед.пр.ИДК | 80 | - | - | - | - |
| Суммарное содержание антиоксидантов, мг /100 г | 17,0 | - | 36,0 | - | 37,0 |
Варианты:
1- зерно пшеницы до проращивания, влажность 14 %
2- зерно пророщенное сухое целое, влажность 5,4 %
3- зерно пророщенное сухое целое, влажность 10,8 %
4- зерно пророщенное сухое измельченное (проход через сито d=1,5мм – 96 %, остаток на сите с круглыми отверстиями d=1,5 мм, не более 4 %), влажность 5,4 %
5- зерно пророщенное сухое измельченное (проход через сито d=1,5мм – 96 %, остаток на сите с круглыми отверстиями d=1,5 мм, не более 4 %), влажность 10,8 %
Полученное сухое пророщенное целое и измельченное зерно пшеницы, благодаря высоким показателям, может быть рекомендовано для употребления в качестве самостоятельного продукта для обеспечения населения не только пищевыми волокнами, но и биологически активными веществами, образовавшимися в результате проращивания.
В четвертой главе приведены рекомендации по использованию сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы при производстве хлебобулочных изделий. Из ассортимента хлебобулочных изделий выбрали группу диетических хлебобулочных изделий. Употребление в пищу диетических сортов хлеба оказывает существенное влияние на качественный и количественный состав рациона питания человека, но при этом, ассортимент этой группы недостаточно обширен в части изделий с повышенным содержанием пищевых волокон, которые рекомендуются для употребления больными, страдающими атонией кишечника.
Для исследований возможности использования сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы за основу была взята рецептура зернового хлеба.
С учетом преимущества зерна пшеницы пророщенного и измельченного по отношению к муке пшеничной высшего сорта, проводились пробные выпечки с заменой дробленого зерна пшеницы на сухое измельченное пророщенное зерно пшеницы в различных соотношениях (таблица 5).
Расчетная влажность теста составляла 45%. Технологическая схема приготовления теста для зернового хлеба включала следующие этапы: очистка и шелушение зерна, замачивание зерна, диспергирование зерна, приготовление теста. Очищенное зерно смачивалось водой в течение 15 минут и поступало в шелушильную машину для очистки поверхности зерна. Зерно замачивалось в чистой водопроводной воде с температурой 20 °C для получения набухшего зернового полуфабриката. Продолжительность замачивания очищенного зерна составляла 12 часов. После диспергирования зерна производился замес теста. Тесто готовилось безопарным способом. Перед замесом теста предварительно подготавливалось сырье. Соль растворялась в расчетном количестве воды и отфильтровалась. Дрожжи добавлялись в тесто в виде дрожжевой суспензии при соотношении дрожжей и воды 1 : 3 с температурой воды 38 °C. Мука просеивалась через сито, как пшеничная высшего сорта, так и зерно пшеницы пророщенное измельченное (для II – V вариантов). Тмин просеивался через сито с круглым отверстием 1,5 мм. Замес теста проводился вручную в течение 5 минут. Продолжительность брожения теста составляла 120 минут, температура 30 – 32 °С. Затем осуществлялась обминка. После обминки тесто бродило еще 10 минут. Готовность теста определялась по кислотности не более 3,0 град, по увеличению объема и по упругости. Для II – V вариантов технология замеса теста другая – все ингредиенты смешивались, так как дробленое зерно пшеницы в рецептуре отсутствовало, соответственно не было необходимости проводить замачивание зерна. Измельченное пророщенное зерно пшеницы добавлялось в сухом виде.
Таблица 5
Рецептура зернового хлеба для проведения пробных выпечек
| Наименование сырья | Расход сырья на 100 кг муки по вариантам, кг | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Мука пшеничная хлебопекарная в/с | 40,0 | 40,0 | 90,0 | 80,0 | 70,0 |
| Дробленое зерно пшеницы | 60,0 | - | - | - | - |
| Сухое измельченное пророщенное зерно пшеницы | - | 60,0 | 10,0 | 20,0 | 30,0 |
| Соль поваренная пищевая | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 |
| Дрожжи прессованные хлебопекарные | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| Яйцо куриное | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| Тмин | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Округленные тестовые заготовки формовались и отправлялись на предварительную расстойку в течение 5 минут. Расстойка проводилась на разделочном столе при температуре воздуха помещения. Сформованное тесто укладывалось на листы или формы и отправлялось в шкаф окончательной расстойки. Окончательная расстойка происходила в атмосфере влажного и тёплого воздуха при температуре 30 °С и относительной влажности 75 %. Продолжительность расстойки составляла 30 минут. Выпечка осуществлялась в пекарной камере с пароувлажнением при температуре 210 °С в течение 18 минут.
После проведения пробных выпечек были получены готовые изделия по каждому варианту, которые существенно отличались от контроля по органолептическим показателям. Для оценки органолептических показателей применялся описательный анализ. При графическом отображении этой группы показателей использовали пятибалльную шкалу для оценки отдельных признаков. Полученные результаты с тремя пробами муки отражены на рисунке 11. Физико-химические показатели по вариантам с тремя пробами муки представлены в таблице 6.
Таблица 6
Значения физико-химических показателей хлебобулочных изделий по вариантам
| Вариант | Влажность, % | Кислотность, град. | ||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | |
| I | 40,4 | 43,2 | 45,8 | 2,2 | 2,4 | 2,0 |
| II | 41,4 | 42,8 | 44,4 | 3,6 | 3,4 | 3,6 |
| III | 42,8 | 44,0 | 45,2 | 2,0 | 1,8 | 2,2 |
| IV | 41,4 | 43,6 | 44,8 | 2,4 | 2,2 | 2,4 |
| V | 42,2 | 43,2 | 44,6 | 2,6 | 2,6 | 2,4 |
проба 1 проба 2
проба 3
Рис. 11 Органолептическая оценка готовых хлебобулочных изделий по вариантам
По результатам проведенных выпечек максимальную оценку дегустационной комиссии получили варианты № III и IV. Ниже представлена рецептура для производства диетического хлеба «Энергия жизни» с использованием сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы (таблица 7).
Таблица 7
Унифицированная рецептура хлеба диетического «Энергия жизни»
| Наименование сырья | Количество, кг |
| Мука пшеничная в/с | 80,0 |
| Зерно пшеницы пророщенное измельченное | 20,0 |
| Соль поваренная пищевая | 0,75 |
| Дрожжи прессованные хлебопекарные | 2,0 |
| Яйцо куриное | 0,8 |
| Тмин | 0,1 |
Структурная схема производства нового хлеба показана на рисунке 12. Для диетического хлеба «Энергия жизни» в диссертационной работе представлен проект технических условий. Также разработан проект технических условий для производства сухого пророщенного зерна пшеницы. По предложенному варианту технических условий разработаны и внедрены ТУ 9719-002-4800088-06 «Зерно пшеницы пророщенное», которое используются при производстве пророщенного зерна пшеницы на предприятии ООО «ИНТЕХ» (г. Йошкар-Ола). На предприятии ООО «Универсал» (Хлебозавод №1, г. Йошкар-Ола) внедрено производство хлеба диетического «Энергия жизни».
Рис. 12. Структурная схема производства диетического хлеба «Энергия жизни»
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
- Разработана новая технология производства сухого пророщенного зерна пшеницы с высокими потребительскими качествами и рекомендациями по их использованию при производстве хлебобулочных изделий.
- Определены рациональные значения температуры и давления при сушке предварительно пророщенного зерна пшеницы, а также установлена необходимость поэтапного изменения температуры инфракрасных нагревателей вакуумной сушильной установки ВДСУ-2М.
- Обосновано использование датчика измерения электрического сопротивления для определения границ этапов изменения температуры инфракрасных нагревателей, при сушке пророщенного зерна пшеницы в вакуумной сушильной установке ВДСУ-2М.
- При производстве сухого пророщенного зерна пшеницы определены оптимальные последовательность и режимы технологических операций: предварительная очистка зерна пшеницы от примесей, мойка в холодной проточной воде, увлажнение до влажности 50% и последующее проращивание внутри сушильной установки (при атмосферном давлении и температуре инфракрасных нагревателей 40 C). Сушка должна проводиться в три этапа: на начальном этапе, продолжительностью 3 часа, температура инфракрасных нагревателей должна составлять 80 C, на основном этапе, продолжительностью 5 часов, температура инфракрасных нагревателей должна поддерживаться на уровне 70 C, на заключительном этапе температура инфракрасных нагревателей должна быть не выше 60C, продолжительность этапа – 15 часов. Давление внутри сушильной камеры на протяжении всей сушки должно быть на уровне 15 кПа. Продолжительность сушки должна составлять 23 часа.
- Установлен срок хранения сухого пророщенного зерна пшеницы, составляющий 18 месяцев.
- Обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы в рецептуре хлебобулочных изделий для повышения их пищевой ценности с допустимой заменой в рецептуре хлеба не более 20 % муки пшеничной высшего сорта на сухое измельченное пророщенное зерно пшеницы.
- Разработана техническая документация для производства сухого пророщенного зерна пшеницы и для производства хлебобулочных изделий с его использованием.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
- Сташкова Н.О., Грязина Ф.И., Блинов В.М. Влияние обойной муки из пророщенных зерен пшеницы на качество булочки маковой /Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства - Йошкар-Ола, 2006 – С.281-283.
- Сташкова Н.О., Блинов В.М., Иванов Б.В., Сташкова Ж.И. Особенности технологии получения пророщенного зерна пшеницы в вакуумной сушилке / Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства - Йошкар-Ола, 2008 – С.623-628.
- Сташкова Н.О., Блинов В.М. Сушка пророщенного зерна - как способ консервации проростков пшеницы/ 9-я Международная конференция молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». Сборник тезисов докладов, Казань, 2008 – С.78.
- Сташкова Н.О., Блинов В.М. Технология производства и консервации проростков пшеницы / Образование, наука, практика: инновационный аспект. Сборник материалов Международный научно-практической конференции, посвященной памяти профессора А.Ф. Блинохватова – Пенза, 2008 – С.119 -120.
- Сташкова Н.О., Блинов В.М., Арсентьев А.А., Иванов Б.В. Проростки пшеницы- технология проращивания и сушки/ Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. Материалы международной научно-практической конференции - Йошкар-Ола, 2009 – С. 640-645.
- Сташкова Н.О., Блинов В.М. Получение проростков зерновых культур в вакуумной сушилке с инфракрасными излучателями /10-я Международная конференция молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». Сборник тезисов докладов, Казань, 2009 – С. 419.
- Сташкова Н.О., Блинов В.М. Особенности технологии получения проростков пшеницы в вакуумной сушилке с инфракрасными излучателями / Хранение и переработка сельхозсырья № 8 – М.: 2009 – С. 58-60.
- Сташкова Н.О., Блинов В.М. Способ определения периодов сушки при получении сухих зерновых продуктов в вакуумных сушильных установках / Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. Материалы международной научно-практической конференции - Йошкар-Ола, 2010 – С. 339-340.
- Сташкова Н.О. Технология получения сухого биоактивированного зерна – новое в пищевой технологии /Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. Материалы международной научно-практической конференции - Йошкар-Ола, 2010 – С. 340-341.
- Сташкова Н.О. Способ определения периодов сушки в вакуумных сушильных установках. /Аграрная наука Евро-Северо-Востока – Киров, 2010. - №4 – С. 54-57.
- Патент № 2412615 Российская Федерация, МПК A23B 9/08 A23L 1/172 «Способ консервации проростков пшеницы» / Арсентьев А. А. (Россия), Блинов В.М. (Россия), Иванов Б.В. (Россия), Сташкова Н.О.(Россия); заявитель ООО «Интех» – № 2009112959/13, заявлено 04 мая 2009г.
- Сташкова Н.О. Технологические аспекты получения сухих пророщенных зерен пшеницы/ Хранение и переработка сельхозсырья № 2 – М.: 2011 - С. 37-38.
Summary
The presented work solves a problem of development of technology of the product possessing functional properties. The spent experimental researches have allowed to develop technology for manufacture dry to let germinate wheat grains in a vacuum dryer to installation with use in the course of manufacture of the original gage. Wheat grain dry germinate can be used as an independent product, and to use in the crushed kind by manufacture of dietary bakery products.
