Разработка технологических решений по совершенствованию сортовых помолов ржи
На правах рукописи
Жуков Сергей Владимирович
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СОРТОВЫХ ПОМОЛОВ РЖИ
Специальность: 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,
плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Москва – 2008
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Панкратов Георгий Несторович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Сергунов Вячеслав Сергеевич,
ГОУ ВПО Московский государственный
университет пищевых производств
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник
Швецова Ирина Александровна,
Государственное научное учреждение
«Всероссийский научно-исследовательский
институт зерна и продуктов его переработки»
Ведущая организация: Международная промышленная академия
Защита состоится «28» февраля 2008 г. в _____ часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.148.03 при ГОУ ВПО Московский государственный университет пищевых производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. 229, корп. А.
Просим вас принять участие в заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций или прислать отзыв в двух экземплярах с печатью учреждения по вышеуказанному адресу.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП.
Автореферат разослан «___» января 2008г.
Учёный секретарь совета к.т.н., доц. Белявская И.Г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
Особую роль в питании человека играют продукты из зерна, в первую очередь, из зерна пшеницы. Однако химический состав хлебопекарной пшеничной муки характеризуется низким содержанием незаменимых аминокислот, невысоким содержанием пищевых волокон, что, в свою очередь, требует обогащения этих продуктов микронутриентами.
В этой связи, безусловное преимущество имеют продукты переработки зерна ржи. Хотя рожь обладает худшими мукомольными достоинствами по сравнению с зерном пшеницы, но, если говорить о биологической ценности, она значительно превосходит пшеницу. В то же время эндосперм зерна ржи богат содержанием пищевых волокон. Однако уровень использования ржи не соответствует ее значимости, и изо ржи вырабатывается в основном мука низких сортов (обойная, обдирная), и в незначительном количестве – сеяная. Широкому использованию сеяной муки, в том числе и для кондитерской промышленности, препятствует низкий уровень её выхода, что делает производство сеяной муки нерентабельным. Не менее важным обстоятельством, препятствующим росту производства вообще ржаной муки, является её нестабильно высокая ферментативная активность.
Исследования процессов переработки, включая гидротермическую обработку, смешивание, шелушение, фракционирование, размола зерна ржи проводились и раньше учёными: Любарским Л.Н., Голенковым В.Ф., Куприцем Я.Н., Панкратовым Г.Н., Древсом Е., Бушуком В., Братухиным А.М., Наумовым И.А. и др.
Однако, вопросы технологии, позволяющей воздействовать на хлебопекарные свойства зерна ржи в процессе переработки, одновременно обеспечивая лучшее разделение зерна на анатомические части, рассматривались недостаточно. Поэтому, разработка таких технологических приёмов, которые позволили бы направленно изменять свойства зерна, является актуальной задачей, решение которой позволяет производить продукцию с заданными свойствами.
Цель и задачи работы.
Цель работы заключалась в разработке технологии, позволяющей регулировать хлебопекарные свойства зерна ржи в процессе переработки, достигая при этом более полного извлечения эндосперма.
В соответствии с поставленной целью были определены основные направления исследования:
– установить закономерности формирования автолитической активности по показателю «Число падения» (ЧП) для зерносмесей;
– выявить роль и степень влияния отдельных технологических операций при подготовке зерна на ЧП;
– разработать технологические приёмы управления ЧП;
– изучить качественные характеристики потоков муки и выявить факторы, их определяющие;
– выявить наиболее рациональные технологические схемы и приёмы размола зерна ржи, обеспечивающие повышение выхода сеяной муки.
Научная новизна.
Разработаны математические модели, описывающие влияние технологических приёмов (смешивания, фракционирования, шелушения) на автолитическую активность зерна ржи в процессе подготовки его к помолу.
Установлено, что на автолитическую активность ржаной муки содержание эндосперма (зольность) влияет в большей степени, чем крупность помола.
Показана возможность разделения по добротности крупных фракций промежуточных продуктов размола зерна ржи. Однако, применение данного приёма нецелесообразно из-за незначительного количества крупок с высоким содержанием эндосперма.
Установлены основные параметры технологии размола ржи, обеспечивающие более полное извлечение эндосперма (выход сеяной муки).
Подтверждено, что наиболее объективным методом для оценки автолитической активности зерна ржи является метод с использованием картофельного крахмала в качестве субстрата (метод М.П. Попова).
Подтверждено, что при сепарировании зерна ржи на концентраторе получаются фракции, существенно различающиеся по автолитической активности.
Практическая значимость работы.
Разработана технологическая схема подготовки зерна к помолу, позволяющая регулировать ЧП, которая включает в себя следующие приёмы:
1) смешивание партий зерна;
2) фракционирование зерна на концентраторе;
3) шелушение лёгкой фракции зерна, обладающей повышенной автолитической активностью.
Разработаны практические рекомендации по регулированию ЧП на основании установленных математических моделей.
На основании анализа формирования муки были выявлены закономерности подбора сит для извлечения высококачественной муки.
Установлены приёмы, параметры и режимы размола зерна, обеспечивающие максимальное извлечение эндосперма: использование системы предварительного дробления зерна; расположение рифлей «спинка по спинке» на драных системах; использование вальцов с микрошероховатой поверхностью на размольных системах; а также, применение шлифования крупок 1, 2 драных систем.
Апробация работы.
Основные результаты исследований, выполненных автором, были представлены на IV-ой международной конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации» (Москва 2006), третьей международной конференции «Качество зерна, муки, хлебобулочных и макаронных изделий» (Москва 2006), V Международной научно – практической конференции «Технологии и продукты здорового питания 2007» (Москва 2007), V юбилейной школы-конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва 2007), Пятой Международной конференции «Мельница-2007» (Москва 2007).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано десять печатных работ.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа включает: введение, обзор литературы, экспериментальную часть, выводы, список использованной литературы, приложения. Список литературы включает 185 источников отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 35 таблиц и 11 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В обзоре литературы проведена оценка технологических и биохимических особенностей зерна ржи. Рассмотрены и проанализированы основные технологические приёмы, позволяющие направленно влиять на мукомольные и хлебопекарные свойства зерна, а именно – формирование помольных смесей, шелушение, фракционирование и гидротермическая обработка. Приведены технологии переработки зерна ржи в муку и характеристики и особенности формирования муки.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Материалы и методы исследования
Исследования проводили в лабораториях кафедр «Технология переработки зерна», «Биохимия и зерноведение», «Технология кондитерского производства», а также в испытательной лаборатории ОАО «Мельничный комбинат в Сокольниках».
При проведении исследований использовались пробы зерна рядовой ржи I - IV-го классов урожая 2004 – 2007 годов, отобранные из партий, поступающих на предприятие ОАО «Мелькомбинат в Сокольниках». Показатели качества зерна ржи приведены в таблице 1. Также, при проведении исследований использовались продукты переработки зерна ржи, полученные из размольного отделения мельзавода № 2 ОАО «Мелькомбинат в Сокольниках», образцы картофельного крахмала, произведённого ООО «АБ-МАРКЕТ» в соответствии с ГОСТом 7699-78.
Технический и химический анализ зерна и продуктов его переработки проводили по методам, предусмотренным действующими на момент проведения исследования ГОСТами, ТУ и другими нормативными документами.
Таблица 1
Показатели качества проб зерна ржи
| Наименование показателя | Значения показателей |
| Натура, г/л | 712 – 786 |
| Число падения, с | 72 – 319 |
| Влажность, % | 10,2 – 13,4 |
| Стекловидность, % | 17 – 42 |
| Класс зерна ржи | I – IV |
| Содержание сорной примеси, % | 0,4 – 2,2 |
| Содержание зерновой примеси, % | 2,4 – 3,8 |
Анализ гранулометрических характеристик зерна и продуктов переработки его переработки осуществлялся на ГИУ – 2. Для оценки действия амилаз использовался модифицированный метод определения ЧП, по методу Хагберга-Пертена с использованием в качестве субстрата картофельного крахмала, предложенный проф. М.П. Поповым.
Схема проведения исследования представлена на рис. 1.
Рис.1. Схема проведения исследования
2.2. Результаты и их обсуждение
2.2.1. Изучение влияния состава зерна, продолжительности и условий хранения на показатели автолитической активности зерна и муки
Для выяснения влияния продолжительности и условий хранения на показатели автолитической активности зерна и муки, было изучено изменение ЧП при хранении в условиях различных температур. Было выявлено, что в процессе хранения зерна на мукомольных заводах в течение 2-3 месяцев практически не наблюдалось изменение ЧП (рис.2), одной из причин слабой корреляционной зависимости у проб зерна являлось то, что на начало эксперимента в них уже завершился первичный процесс послеуборочного дозревания (до поступления на производственный элеватор). Поэтому этот фактор хранения в дальнейшем не принимался во внимание.
Параллельно с этим было проведено исследование по хранению муки.
При хранении муки в течение 7-8 недель наблюдался рост ЧП (рис.3).
Рис.2 Изменение ЧП зерна при хранении в условиях различных температур
Рис.3 Изменение ЧП муки при хранении в условиях различных температур
С увеличением ЧП автолитическая активность снижается. Снижение ферментативной активности происходило тем интенсивнее, чем выше температура окружающей среды.
При хранении муки наблюдался рост ЧП в течение двух месяцев. Этот факт необходимо принимать во внимание при выработке муки с высокой ферментативной активностью.
2.2.2 Изучения влияние процесса гидротермической обработки на показатель ЧП зерна
Для определения оптимальных параметров кондиционирования зерна было проведено исследование методом контурно-графического анализа. В ходе исследования варьировали значения степени увлажнения и времени отволаживания ржи. В результате: а) была определена зона оптимальных режимов кондиционирования: W=14,0 – 15,5% и Тотвол.= 4 – 6 часов; б) установлено, что данные параметры ГТО не оказывают существенного влияния на автолитическую активность зерна.
2.2.3 Изучения влияние процесса прорастания на показатель ЧП зерна
В процессах послеуборочной обработки зерна могут иметь место различного рода нарушения режимов, как правило, связанным с несвоевременной сушкой зерна, что приводит к образованию так называемых скрытых дефектов.
Для выяснения того, скажется ли и каким образом на качестве продукции кратковременное проращивание зерна, были проведены несколько серий экспериментов с зерном ржи (таблица 2).
Таблица 2
Характеристика зерна разных сроков прорастания
| Проба | Рожь | ЧП, с (станд. метод) | ЧП, с (модиф. метод) | Водорастворимые вещества, % СВ | Vф, с/мл |
| Вариант № 1 | |||||
| 1 | исходная | 204 | 198 | 30,2 | 29,8 |
| 2 | 1 суток прорастания | 171 | 113 | 53,7 | 62,4 |
| 3 | 2 суток прорастания | 138 | 74 | 70,1 | 70,6 |
| 4 | 3 суток прорастания | 98 | 62 | 88,2 | 82,4 |
| Вариант № 2 | |||||
| 5 | исходная * | 213 | 179 | 35,3 | 32,6 |
| 6 | 1 суток прорастания | 159 | 97 | 64,1 | 66,7 |
| 7 | 2 суток прорастания | 121 | 63 | 87,7 | 72,4 |
| 8 | 3 суток прорастания | 70 | 62 | 99,4 | 84,8 |
* – исходное зерно варианта № 1 проращивали при температуре 20–22°С в течение 6 ч, а затем его высушивали.
Было выявлено, что у зерна, подвергшегося кратковременному проращиванию, а потом подсушиванию, происходит незначительное повышение ЧП. Модифицированный метод показал, что, наоборот, имеет место снижение ЧП; а содержание водорастворимых веществ в мякише при колобковой выпечке сразу подчёркивает существенные изменения.
Также было изучено влияние исходной активности амилаз на кинетику гидролиза крахмала в процессе брожения теста на пробах зерна ржи с различными исходными значениями ЧП и в процессе прорастания. Для этого фиксировали изменение органолептических показателей готовых изделий при колобковой выпечки и изменение содержания водорастворимых веществ в мякише (таблица 3).
Таблица 3
Оценка хлебопекарных свойств зерна ржи по колобковой выпечке
| Проба | Наименование пробы зерна | ЧП, с (станд. метод) | ЧП, с (модиф. метод) | Содержание водорастворимых веществ, % при времени расстойки теста | ||
| 0 мин | 60 мин | 120 мин | ||||
| A | Исходная | 267 | 250 | 12,1 | 12,3 | 12,7 |
| через 8 ч проращивания | 271 | 248 | 12,4 | 12,8 | 13,1 | |
| через 24 ч проращивания | 175 | 133 | 13,2 | 14,5 | 15,6 | |
| через 48 ч проращивания | 121 | 98 | 14,7 | 16,1 | 17,4 | |
| B | исходная | 196 | 187 | 17,1 | 17,7 | 18,2 |
| через 8 ч проращивания | 192 | 173 | 17,4 | 18,3 | 19,0 | |
| через 24 ч проращивания | 174 | 127 | 18,0 | 19,1 | 21,4 | |
| через 48 ч проращивания | 137 | 86 | 22,9 | 24,0 | 25,2 | |
| C | исходная | 108 | 92 | 30,1 | 32,9 | 36,7 |
| через 8 ч проращивания | 109 | 88 | 31,7 | 35,8 | 41,6 | |
| через 24 ч проращивания | 90 | 72 | 34,5 | 37,4 | 42,2 | |
| через 48 ч проращивания | 72 | 62 | 39,1 | 43,1 | 47,8 | |
| D | исходная | 104 | 99 | 27,6 | 29,0 | 30,4 |
| через 8 ч проращивания | 96 | 84 | 28,4 | 30,1 | 31,8 | |
| через 24 ч проращивания | 91 | 76 | 29,8 | 31,4 | 33,2 | |
| через 48 ч проращивания | 70 | 63 | 32,2 | 34,0 | 37,1 | |
На основании результатов можно сделать вывод, что показатель ЧП зерна не может однозначно характеризовать хлебопекарные свойства муки, если зерно подвергалось при сборе урожая и/или послеуборочной обработке даже кратковременному прорастанию.
Следовательно, возникает необходимость строгого соблюдения режимов послеуборочной обработки зерна.
2.2.4. Изучение распределения амилолитических ферментов в зерне ржи
Было проведено исследование с целью выяснения распределения амилолитических ферментов в зерне ржи. Для этих целей зерно разрезалось на три части: 1 часть – зерновки ржи, включающая зародыш; 2 часть – зерновки ржи, включающая эндосперм; 3 часть – зерновки ржи, включающая бородку.
С помощью модифицированного метода определения ЧП были определены показатели ЧП данных частей зерна, а также зольность (рис.4).
Рис.4 Показатели качества частей зерна
В ходе анализа полученных данных можно отметить, что у различных частей зерна ржи показатели ЧП различаются. Наблюдалась высокая автолитическая у кончиков зерна. Этот момент важен, так как может сказаться на подготовке зерна ржи к помолу при шелушении.
2.3. Исследование влияния операций процесса подготовки зерна ржи к помолу на автолитическую активность
Методами активного воздействия на величину ЧП в процессе подготовки зерна к помолу являются следующие технологические приёмы: смешивание, шелушение, фракционирование.
2.3.1. Смешивание зерна
Трудность с определением ожидаемого значения ЧП при смешивании зерна, шелушении, фракционировании и других технологических операциях, влияющих на ЧП, вызвана тем обстоятельством, что расчет его значений не может вестись по средневзвешенным значениям компонентов, так как функционально такая зависимость описывается гиперболической функцией.
Было проведено исследование по смешиванию компонентов с различной ферментативной активностью. Для каждой серии экспериментов составлялись помольные смеси из компонентов с различными значениями ЧП, содержание компонентов в которых варьировалось от 0 до 100% с шагом 10%. На рис.5 показаны экспериментальные данные одной из серий.
Рис.5 Влияние состава смесей зерна ржи на показатель ЧП
График 1 – график, построенный по экспериментальным данным
График 2 – график, построенный по формуле Пертена
Анализ полученных результатов показал, что экспериментальные значения ЧП достаточно близки к расчётным, что подтвердилось статистическим анализом, проведённым по критерии Фишера. Следовательно, формулу Пертена (1) можно использовать для определения ЧП при составлении помольных смесей зерна ржи.
В ходе исследований для определения ЧП при составлении помольных смесей использовались следующие формулы:
6000
ЧР = ------------, (1),
ЧП – 50
где ЧР – число разжижжения, 1/с.
1
ЧПi = -----------------------------------------------------------, (2),
(1/ЧПмин) + [(1/ЧПмах) - (1/ЧПмин )] (Хмах/100)
где ЧПi - ЧП смеси из двух компонентов,
ЧПмин - минимальное значение ЧП, с,
ЧПмах - максимальное значение ЧП, с,
Хмах - содержание компонента с ЧПмах в %.
Формула (2) была разработана на кафедре «ТПЗ» МГУПП.
(ЧПi*mi)
ЧП = ----------------, (3),
mi
где mi – масса i-го компонента.
Было установлено, что формула расчета ЧП смеси по средневзвешенной величине (3) дает неверный результат, особенно, в случае существенного различия значений ЧП компонентов. Две первых формулы дают примерно равные результаты, которые могут быть рекомендованы для практических расчетов. В исследованиях для определения ЧП использовали формулу Пертена (1), так как она более простая.
2.3.2. Фракционирование
Фракционирование зерна на концентраторе позволяет разделять зерносмесь на части, отличающиеся плотностью, что и определяет их различие по ЧП.
На рис.6 показаны результаты исследования, проведенные в производственных условиях на концентраторе А1-БЗК-18 при подготовке зерна ржи к помолу.
Рис.6 ЧП фракций зерна, получаемых на концентраторе
Разделение ржи по плотности на концентраторе А1-БЗК-18 позволило получить фракции зерна, существенно различающиеся по ЧП: 1) различие между «тяжёлой» и «лёгкой» фракциями составляло 30,5%; 2) различие между исходным зерном и «тяжёлой» фракцией составляло 12,7%; 3) различие между исходным зерном и «лёгкой» фракцией составляло 17,8%;
Следует отметить, что различия значений ЧП «тяжелой» и «лёгкой» фракций весьма существенны, что позволяет регулировать значение ЧП смеси, удаляя частично или полностью «лёгкую» фракцию. Концентратор позволил выделить фракцию зерна, обладающую повышенной ферментативной активностью.
2.3.3. Шелушение зерна
Известно, что при абразивном шелушении, прежде всего, подвергаются воздействию бородка и зародыш. Степень их удаления зависит от интенсивности шелушения, что, безусловно, влияет на изменение амилолитической активности муки, полученной из зерна после такой обработки. Зерно ржи шелушили на лабораторной шелушильно – шлифовальной установке ТМ-05 фирмы SATAKE (Япония). В процессе шелушения зерна удалялись поверхностные слои и часть зародыша (в дальнейшем – оболочки). Количество отделённых с зерна оболочек составляло от 1 до 8%.
На рис.6 представлены зависимости изменения ЧП от количества снятых оболочек при различных уровнях ЧП у исходного зерна, а на рис.7 показаны некоторые из этих зависимостей.
Рис. 7 Изменение ЧП в зависимости от количества отделённых с зерна оболочек при шелушении
Из анализа полученных данных можно отметить, что по мере увеличения % снятых с зерна оболочек происходило снижение автолитической активности у всех проб, которое описывалось следующим уравнением:
ЧПi = ЧП0 + * qi,
где ЧП0 – начальное значение показателя ЧП зерна, с;
– коэффициент пропорциональности, или скорость повышения значения ЧП за каждый % снятых оболочек, с/%;
qi – процент снятых с зерна оболочек, %.
Была установлена линейная корреляционная зависимость показателя от исходного ЧП зерна, которая характеризовалась следующим уравнением:
= 11,3148 – 0,0303 * ЧП0, r = -0,84 R = 0,71
На основании проведённых исследований была разработана схема подготовки зерна ржи к помолу (рис. 8), учитывающая различные варианты воздействия на показатель ЧП:
— смешивания партий зерна с различным ЧП;
— фракционирования зерна на концентраторе, с последующей раздельной обработкой лёгкой фракции, обладающей более высокой автолитической активностью;
— шелушения лёгкой фракции зерна после концентратора, обладающей повышенной автолитической активностью.
Рис. 8 Технологическая схема подготовки зерна ржи к сортовому помолу
1 – бункера для неочищенного зерна; 2, 18 – дозаторы; 3, 16, 19 – шнек; 4 – воздушно-ситовой сепаратор; 5 – камнеотборник; 6 – бункер над концентратором; 7 – концентратор; 8,10 – триер-куколеотборник; 9 – шелушильная машина; 11,14,20 – обоечная машина; 12,13,21 – аспирационная колонка; 15 – увлажнительный аппарат; 17 – бункера для отволаживания; 22 – бункер перед I драной системой; магнитные колонки установлены перед обоечными и шелушильными машинами.
Наиболее существенным фактором является смешивание зерна. Эффективность фракционирования определяется содержанием проросших зёрен. Шелушение оказывает существенное влияние на автолитическую активность при удалении оболочек с зерна в пределах 4 – 5%.
Для примера нами был рассмотрена задача, суть которой заключалась в получении обдирной муки с ЧП не менее 150с, из зерна с ЧП =120с.
В ходе которой было получено, что:
1) Применение шелушения для всего зерна приводит к увеличению количества отходов на 2,6%;
2) Применение фракционирования зерна с последующим шелушением лёгкой фракции зерна приводит к увеличению количества отходов на 0,62%.
При отсутствии возможности применения данных приемов воздействия на ЧП, для получения муки с заданным уровнем ЧП можно снизить общий выход муки за счет потоков с последних систем, которые нужно направить в отруби. Снижение выхода муки при этом компенсируется существенным улучшением ее качества (при сбросе в отруби на 2,2%).
Таким образом, предлагаемая схема позволяет наиболее полно и эффективно регулировать ЧП при подготовке к помолу зерна ржи.
Для выявления зависимости между ЧП зерна и ЧП муки было проведено исследование. В ходе исследования была выявлена положительная линейная корреляционная зависимость ЧП обдирной муки и зерна, из которого была произведена данная мука, которая позволяет прогнозировать ЧП муки, зная ЧП зерна, и, с учётом предложенной схемы, управлять ЧП муки.
ЧПмуки = 20,9206 + 0,9732* ЧПзерна
2.4. Исследование процесса размола зерна ржи в муку на ЧП
Следующим этапом исследования было изучение процессов размола зерна ржи. Факторами, определяющими качественные характеристики и выход продукции, являются технологии переработки зерна в муку, включающие параметры и режимы отдельных процессов и операций. В ходе исследования были рассмотрены вопросы, связанные со структурной схемой переработки зерна ржи. На основании этого было проанализировано формирование муки по потокам, осуществлялся анализ качественных характеристик продуктов размола зерна, изучение различных вариантов переработки зерна.
Все исследования проводились с позиции оценки ЧП (как комплексного показателя автолитической активности), как на лабораторном оборудовании, так и на «Мелькомбинате в Сокольниках».
2.4.1. Изучение влияния формирования потоков на качество получаемой муки
В результате исследования по формированию потоков муки (рис.9) было установлено, что в реальном технологическом процессе наилучшие потоки обдирной муки характерны для 1-2 драных систем, которые характеризовались наибольшим содержанием эндосперма.
1) по ЧП 2) по белизне (БМ)
3) по зольности (Z) 4) по крупности (Кр)
Рис.9 Формирование муки по показателям качества на мельзаводе №2 ОАО «Мелькомбинат в Сокольниках»
Был проведён статистический анализ отдельно по драным и размольным системам, совместно; по 1-ому, 2-ому потокам муки для различных партий зерна ржи.
Корреляционный анализ показателей качества потоков муки показал достаточно высокую связь между зольностью и белизной муки с одной стороны, и ЧП с другой. В то же время зависимость ЧП от крупности (проход сита 38ш) выражена довольно слабо (R = 0,5).
Для подтверждения этого были проведены эксперименты с продуктами II и IV драных систем. Результаты которых подтвердили, что наибольшее влияние на формирование муки оказывает содержание эндосперма и в меньшей степени — крупность. В качестве примера приводятся данные для продукта с II др.с. (рис. 10).
Рис. 10 Кумулятивные кривые зависимости ЧП муки от выхода
1 – с отбором муки после каждого цикла измельчения;
2 – без отбора муки после каждого цикла измельчения.
2.4.2. Изучение гранулометрического состава промежуточных продуктов размола зерна ржи
Для исследования гранулометрического состава изучали продукты размола зерна ржи со II драной системы, так как на ней получается основная часть крупок (рис. 11).
Рис. 11 Распределение частиц различного состава в фракции 750/670 по размерам (в % от числа частиц)
В ходе исследования было отмечено, что размеры и форма частиц, имеют некоторое отличие, прежде всего, в размерах и в меньшей степени в форме, в зависимости от содержания эндосперма. Различия по размерам и форме между частицами эндосперма и сростков значительны только для крупных фракций. Частицы эндосперма по форме близки к телу правильной формы, а частички сростков характеризуются удлинённой формой, неровной поверхностью.
Анализ промежуточных продуктов показал, что количество частиц чистого эндосперма в крупных фракциях крупок мало (2-3 %) и не решает практической задачи, связанной с увеличением выхода сеяной муки, поэтому использование ситовеечного процесса при переработке зерна ржи нерационально.
2.4.3.Влияние различных вариантов переработки зерна ржи в муку на автолитическую активность
В ходе данной работы были проведены исследования по изучению технологических схем переработки зерна ржи в муку. На рис.12 показаны структурные схемы – графы сортовых помолов:
Рис. 12 Графы процессов размола зерна
1 - схема двухсортного ржаного помола; 2 – схема сокращённого пшеничного помола; 3 - схема развитого пшеничного помола.
Были проанализированы наиболее распространённые схемы, соответствующие графам 1 и 2. От схемы развитого пшеничного помола, соответствующей графу 3, отказались, так как ранее проведённые исследования показали неэффективность применения обогащения крупок.
В процессе исследований изучались различные технологические приёмы, обеспечивающие максимальное извлечение эндосперма в ходе переработки зерна ржи в муку:
1. расположение рифлей вальцев;
2. система предварительного дробления зерна;
3. использование вальцов с микрошероховатой поверхностью;
4. шлифование крупок I, II драных систем.
Для изучения влияния данных приёмов на качество и выход муки были проведены сравнительные помолы ржи.
Помол №1 проводился по схеме, соответствующей графу 1. Схема включала 5 драных, 2 сортировочных и 4 размольных систем. Процесс размола зерна на I – IV драных системах проводили при расположении рифлей “острие по острию”, а на V др.с. и всех размольных системах – “спинка по спинке”. Зазоры: I др.с. – 1.0 мм, на II и последующих – 0.0 мм. Проходы с I и II драных систем поступали на 1 сорт. с, а схода – на следующие драные системы. Проходы с III и IV драных систем поступают на 2 сорт. с. Отбор сеяной муки был возможен на 1 и 2 сортировочных системах, 1 и 2 размольных системах. Обдирная мука отбиралась на всех системах.
Помол №2 проводился по схеме, соответствующей графу 2. Схема включала 6 драных, 1 шлифовочную и 5 размольных систем. Драной и размольный процессы производились на рифлёных валках с взаимным расположением рифлей “спинка по спинке”. Зерно измельчалось на вальцах с расположением рифлей сп/сп. Зазоры: I др.с. – 0.3 мм, на II и последующих – 0.0 мм. Отбор сеяной муки возможен был на I – III драных системах, 1 шлифовочной, 1 и 2 размольных системах. Обдирная мука отбиралась с каждой системы.
Помол №3 проводился по схеме, соответствующей графу 2, но с предварительным шелушением зерна. Очищенное зерно ржи шелушили на лабораторной шелушильно – шлифовальной установке ТМ – 05 фирмы «SATAKE» (Япония). Количество отделённых с зерна оболочек в процессе шелушения составило 3,2%.
Помол №4 проводился по схеме, соответствующей графу 2, но с системой предварительного дробления зерна. На системе предварительного дробления отбиралась высокозольная мучка в количестве 2,9%, за счет истирания оболочек.
В результате помолов определяли выход общей муки и её показатели качества: зольность и ЧП (таблица 4). По данным были построены кумулятивные кривые по зольности и ЧП (рис.13.1 и 13.2).
Таблица 4
Показатели качества муки
| Тип помола | Выход муки, % | Зольность, % | ЧП, с |
| 1 | 83,2 | 1,10 | 203 |
| 2 | 81,9 | 1,03 | 216 |
| 3 | 88,9 | 0,96 | 230 |
| 4 | 84,5 | 0,83 | 208 |
Рис.13.1 Кумулятивные кривые зави- Рис.13.2 Кумулятивные кривые зависи-
симости ЧП муки от выхода мости зольности муки от выхода
Из анализа рисунка 13 видно, что наименьшую зольность (0,83%) имела мука, полученная при помоле №4, а наибольшее ЧП (230с) имела мука, полученная при помоле №3.
Результаты помолов были обработаны с помощью специальной программы «Statistika». В результате были получены уравнения с высокими коэффициентами корреляции (0,73 – 0,98), описывающие зависимость зольности и ЧП муки от выхода, что говорит о функциональной зависимости.
Было установлено, что:
1) Мука, полученная при помоле №2, имела лучшие показатели качества, но меньший выход, чем мука при помоле №1.
2) Возможно увеличение выхода сеяной муки на 13% при помоле №4. (При общем выходе муки 84,5% доля сеяной муки (Z=0,70%, ЧП=221с) составила 75,2%).
3) Применение предварительного шелушения зерна позволило добиться повышения выхода обдирной муки, но не даёт увеличения выхода сеяной муки.
Также было проведено исследование, касающееся возможности повышения автолитической активности муки:
1) С целью рационального использования зерна, а также в качестве одного из способов регулирования хлебопекарных свойств вырабатываемой муки исследовалась возможность подсортировки проросших зерен ржи к основной массе зерна в количестве 5 и 10%. Помолы проводились по схеме сокращённого сортового пшеничного помола.
В результате было установлено:
1. с увеличением количества проросших зерен ржи происходило повышение показателя зольности муки (без добавления проросших зёрен – Z=1,03%; при добавлении 5% проросших зёрен – Z=1,06%; при добавлении 10% проросших зёрен – Z=1,12%).
2. подсортировка проросших зерен ржи привела к повышению автолитической активности муки (без добавления проросших зёрен – ЧП=216с; при добавлении 5% проросших зёрен – ЧП=200с; при добавлении 10% проросших зёрен – ЧП=181с). Таким образом, добавление проросших зёрен ржи может применяться для регулирования ЧП муки.
2) Было проведено исследование по дополнительному измельчению продуктов 5 – 7 драных систем, в результате которого были получены потоки муки в количестве 2 – 3% с ЧП = 65 – 70с, введение которых в общую муку, позволило повысить автолитическую активность.
На основании результатов исследования была построена принципиальная схема 75% помола зерна в сеяную муку (рис.14), включающая систему предварительного дробления зерна (дроб.с.), шлифовочный процесс, применение расположения рифлей вальцев «спинка по спинке» в драном процессе, использование гладких вальцов в размольном процессе.
Рис.14 Принципиальная схема 75% помола ржи в сеяную муку
Интерес представляет возможность использования сеяной муки для производства кондитерских изделий. В диссертации приводятся данные по анализу качества печенья, полученного из сеяной муки. Данные образцы печенья, по показателям качества, были оценены как удовлетворительные.
2.5. Производственная апробация
Для проверки эффективности предлагаемых параметров измельчения в производственных условиях на мельзаводе № 2 ОАО «Мельничный комбинат в Сокольниках» были проведены сравнительные испытания, результаты которых приводятся в приложении к диссертации.
Так, на II др.с.кр. сравнивали результаты размола ржи при расположении рифлей “острие по острию” (“ос/ос”) и “спинка по спинке” (“сп/сп”) при прочих равных условиях.
В процессе измельчения определялись: извлечение сит 0.8 и 38ш, зольность, белизна, число падения прохода сита 38ш (мука), расход электроэнергии, характеризуемый силой фазового тока на двигателе вальцевого станка.
По результатам сравнительных испытаний было отмечено следующее:
1) При практически одном и том же выходе продуктов зольность ниже на 6-7%, а белизна муки выше на 6-8% при варианте “сп/сп”, чем при варианте “ос/ос”.
2) При расположении рифлей вальцев “сп/сп” снижается извлечение продуктов на 4-10%.
3)При расположении рифлей вальцев “сп/сп” увеличивается расход электроэнергии на размол продукта на 30-40%.
Таким образом, результаты производственной проверки подтвердили данные, полученные в ходе лабораторных исследований.
3. ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Было выявлено, что в процессе хранения зерна на мукомольных заводах в течение 2-3 месяцев наблюдалось незначительное изменение ЧП. В то же время при хранении в муке в течение 7-8 недель наблюдался рост ЧП; величина прироста ЧП определялась температурными условиями хранения.
2. Зерно, подвергшееся даже кратковременному проращиванию (активизации ферментной системы), в дальнейшем при соответствующих условиях проявляет более высокую автолитическую активность.
3. Выявлено, что у зерна ржи, подвергшегося кратковременному проращиванию, а потом подсушиванию, происходит незначительное повышение ЧП. Однако при применении модифицированного метода установлено, что автолитическая активность повышается, а ЧП снижается. Таким образом, существующий метод оценки ЧП не может в полной мере характеризовать автолитическую активность.
4. Автолитическая активность ферментов распределена неравномерно по анатомическим частям зерновки, причём наибольшей активностью обладает зародышевая часть, далее бородка, а потом центральная часть зерновки.
5. Была установлена возможность применения формулы Пертена для определения ЧП при составлении помольных смесей.
6. Была установлена линейная корреляционная зависимость ЧП от % снятых оболочек ЧПi = ЧП0 + * qi, причём коэффициент, в свою очередь, линейно зависит от исходного ЧП зерна ( = 11,3148 – 0,0303 * ЧП0).
Таким образом, повышение ЧП при шелушении тем значительнее, чем ниже ЧП у исходного зерна.
7. Была разработана схема подготовки зерна ржи к помолу, учитывающая различные варианты воздействия на показатель ЧП:
— смешивания партий зерна с различным ЧП;
— фракционирования зерна на концентраторе, с последующим шелушением лёгкой фракции, обладающей повышенной автолитической активностью.
8. Была установлена линейная зависимость ЧП обдирной муки и зерна. С улучшением качества муки (показатель белизны) увеличивается ЧП. Наибольшее влияние на формирование муки оказывает содержание эндосперма и в меньшей степени — крупность.
9. Анализ размера и формы крупок показал, что частицы имеют отличие, прежде всего, в размерах и в меньшей степени в форме, в зависимости от содержания эндосперма. Частицы эндосперма по форме близки к телу правильной формы, а частички сростков характеризуются удлинённой формой, неровной поверхностью. Однако, количество частиц чистого эндосперма в крупных фракциях крупок мало (2-3 %) и не решает практической задачи, связанной с увеличением выхода сеяной муки, поэтому использование ситовеечного процесса при переработке зерна ржи нерационально.
10. Мука, полученная в результате помола ржи, проведённого по схеме сортового пшеничного помола, имеет лучшие показатели качества, но меньший выход, чем мука по схеме классического двухсортного помола ржи.
11. Для повышения выхода сеяной муки на 12 – 13 % размол зерна ржи нужно осуществлять по схеме сортового пшеничного помола с использованием системы предварительного дробления зерна.
12. Подсортировка проросших зерен ржи в количестве 5 и 10%, как и дополнительное измельчение сходовых продуктов с последних систем драного процесса, приводят к повышению автолитической активности муки, а, следовательно, они могут применяться для регулирования ЧП.
13. Применение предварительного шелушения зерна позволяет добиться повышения выхода обдирной муки, но не даёт увеличения выхода сеяной муки.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Жуков, С.В. Управление амилолитической активностью зерна [Текст] / Г.Н. Панкратов, С.В. Жуков // Хлебопродукты. – 2006. – № 8. – С. 34-35.
2. Жуков, С.В. Изменение амилолитической активности зерна и муки ржи при хранении [Текст] / С.В. Жуков, О.И. Стыцкович, Г.Н. Панкратов // Сборник докладов IV международной конференции – выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации». Часть III – М.: МГУПП, 2006. – С. 53-55.
3. Жуков, С.В. Ржаная мука. Проблемы управления качеством [Текст] / С.В. Жуков, Г.Н. Панкратов // Материалы третьей международной конференции «Качество зерна, муки, хлебобулочных и макаронных изделий». – М.: Пищепромиздат, 2006. – С. 120-121.
4. Жуков, С.В. Методы управления амилолитической активностью в мукомольном производстве [Текст] / С.В. Жуков, Г.Н. Панкратов // Хлебопродукты. – 2007. – №9. – С. 63-65.
5. Жуков, С.В. Качество ржаной муки. Методы управления [Текст] / С.В. Жуков, Г.Н. Панкратов // Сборник материалов V Международной научно – практической конференции «Технологии и продукты здорового питания 2007». Часть I. – М.: МГУПП, 2007. – С. 140-145.
6. Жуков, С.В. Регулирование ферментативной активности зерна и муки [Текст] / С.В. Жуков, Ю.В. Колганова, М.В. Рубцова, Г.Н. Панкратов // Сборник докладов V юбилейной школы-конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (г. Москва). – М.: МГУПП, 2007. – С. 60-63.
7. Жуков, С.В. Имеет ли зерно память [Текст] / Г.Н. Панкратов, С.В. Жуков // Хлебопродукты. – 2007. – №11. – С. 54-55.
8. Жуков, С.В. Производство сеяной муки повышенного выхода [Текст] / С.В. Жуков, Ю.В. Колганова, М.В. Рубцова, Г.Н. Панкратов // Материалы Пятой Международной конференции «Мельница-2007». – М: Пищепромиздат, 2007. – С. 163-165.
9. Жуков, С.В. Исследование продуктов размола зерна ржи [Текст] / С.В. Жуков, Г.Н. Панкратов // Материалы Пятой Международной конференции «Мельница-2007». – М: Пищепромиздат, 2007. – С. 170-171.
10. Жуков, С.В. Зависимость содержания эндосперма от формы частиц продуктов размола зерна ржи [Текст] / С.В. Жуков, Г.Н. Панкратов // Материалы научно – практической конференции «Технология крупяных продуктов вчера, сегодня, завтра». – М: МГУПП, 2007. – С. 121-126.
SUMMARY
Improving decisions of high-quality rye grinding technology.
Zhukov S.V.
Technological scheme of grain preparation to a grinding has been developed. The scheme allows to adjust the «Falling Number» (FN) characteristic and includes following operations: 1) grain parties mixing; 2) grain separation in the concentrator; 3) peeling of light grain fraction, which is characterized by a higher amylolytik activity.
Practical FN regulation recommendations by mathematical models have been developed.
Sieb selection laws for extraction of high-quality of flour have been revealed on the basis of flour formation analysis.
Receptions, parameters and models of grain processing into flour, which provide maximal endosperm extraction have been established.
They include:
– preliminary grain crushing system usage;
– «back to back» rifles arrangement;
- microrough surface vollers usage;
- 1st, 2nd torn systems grains grinding.
УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
м. – мука
отр. - отруби
др. с. – драная система
р. с. – размольная система
шл. с. – шлифовочная система
св. с. – ситовеечная система
