Разработка технологии национального крупяного продукта
На правах рукописи
ЖАРКЕЕВ МУРАТ КАКИМЖАНОВИЧ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНОГО КРУПЯНОГО ПРОДУКТА 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
Работа выполнена в НОУ ДПО «Международная промышленная академия» доктор технических наук, профессор
Научный консультант:
Иунихина Вера Сергеевна доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Щербакова Ольга Евгеньевна доктор технических наук, профессор Никифорова Тамара Алексеевна НО «Российский Союз мукомольных
Ведущая организация:
и крупяных предприятий»
Защита состоится «23» декабря 2011 года в 1300 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» им. К.Г.
Разумовского по адресу: 109029 г. Москва ул. Талалихина д.31 ауд. 36.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского Отзывы высылать по адресу: 109004 г. Москва ул. Земляной вал д.
Автореферат отправлен на размещение на сайт [email protected] и раз мещен на сайте ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского www.mgutm.ru Автореферат разослан: «23» ноября 2011 г Учёный секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122. кандидат технических наук, доцент Конотоп Н.С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Обеспечение здоровья населения и продоволь ственной безопасности является важным национальным проектом как для Рос сийской Федерации, так и для Республики Казахстан. Так, в «Стратегическом плане развития Республики Казахстан до 2020 г.» отмечено, что в целях обес печения продовольственной безопасности дальнейшее развитие получит пере работка сельскохозяйственной продукции (указ Президента РК №922 от 01.01.2010 г.). Несмотря на то, что в Республике Казахстан в ходе реализации «Государственной программы реформирования и развития здравоохранения Республики Казахстан на 2005-2010 гг.» были отмечены улучшения демогра фической ситуации, снижение смертности, вместе с тем возрос общий уровень заболеваемости (на 1,7%), в связи с чем принят Кодекс РК №193-IY от 18.09.2009 «О здоровье народа и системе здравоохранения». Определяющим принципом государственной политики является содействие формированию здорового образа жизни и здорового питания. В этих условиях традиционные национальные зерновые продукты, содержащие незаменимые нутриенты и от вечающие требованиям массовости спроса, не всегда доступны потребителю, зачастую по причине недостаточной распространенности их на потребитель ском рынке, отсутствия культуры их потребления и промышленного производ ства. Большой вклад в развитие теории и практики производства крупы и крупяных продуктов в Российской Федерации внесли исследования доктора технических наук, профессора Е.М. Мельникова и его научной школы. Сохра нению национальных традиций в производстве крупяных продуктов в Казах стане способствовали работы Б.К. Идгееева, К.К. Кузембаева, С.А. Алатаева и др.
В Российской Федерации и Республике Казахстан вопрос массового про изводства национальных крупяных продуктов высокого качества вызывает большой интерес, поскольку позволяет расширить ассортимент продукции зерноперерабатывающих предприятий, выбор новых продовольственных това ров на рынке, не выходя за рамки сырьевой и технической базы. Кроме того, необходимо учитывать перспективы товародвижения крупяных продуктов, со ответствующих стереотипам пищевого поведения потребителей с учетом со здания единого экономического пространства в рамках Таможенного союза Республики Беларусь, Республики Казахстан и Российской Федерации. При этом формирование общего продовольственного рынка и единой товаропрово дящей сети в рамках Таможенного союза является важной мерой обеспечения продовольственной безопасности Республики Казахстан и Российской Федера ции.
Из вышеизложенного следует, что исследование и разработка технологии национального крупяного продукта, создание технологического оборудования и единой технологической линии для переработки зерна различных крупяных культур является актуальной задачей, решение которой позволит зерноперера батывающим предприятиям Таможенного союза использовать в производстве экономичное ресурсосберегающее оборудование и технологию, расширить ас сортимент выпускаемой продукции, обогатить продовольственный рынок и ра цион потребителя новыми крупяными продуктами, выработанными с учетом самобытных традиций и национальной культуры.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разра ботка технологии национального крупяного продукта высокого качества с ис пользованием нового вида сырья и технических решений для ее осуществления.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
- разработать технологическую схему получения национального крупяно го продукта талкан и обосновать использование нового вида сырья (пшена дранца);
- изучить сорбционные свойства зерна проса и пшена-дранца и опреде лить оптимальные режимы водной обработки;
- определить рациональные параметры термической обработки сырья пу тем исследования его биохимических и органолептических изменений;
- изучить влияние влаготепловой обработки на эффективность шелуше ния зерна проса;
- провести органолептическую и физико-химическую оценку качества крупяного продукта талкан;
- исследовать влияние влаготепловой обработки на химический состав и стойкость при хранении полученных крупяных продуктов;
- разработать аппаратурное оформление для осуществления технологии крупяного продукта талкан и провести промышленную апробацию;
- разработать рецептуры пищевых концентратов на основе талкана, нор мативные документы и провести оценку экономической эффективности.
Научная новизна. На основе сравнительного комплексного исследова ния технологических, биохимических свойств, химического состава и потреби тельских достоинств обоснована теоретически и экспериментально подтвер ждена технология производства национального крупяного продукта из нового вида сырья и предложено новое техническое решение для ее осуществления.
Показана возможность использования пшена-дранца для выработки крупяного продукта талкан высокого качества.
Установлены оптимальные режимы водной обработки зерна проса и пше на-дранца перед термической обработкой способом обжаривания.
Определены рациональные режимы термической обработки проса и пше на-дранца.
Получены новые данные об эффективности шелушения обжаренного зер на проса.
Предложен способ получения крупяного продукта талкан из пшена дранца, рекомендованы оптимальные параметры технологического процесса:
увлажнение до влажности 20-25% водой с температурой 18-20оС, отволажива ние в течение 40-50 минут, обжаривание кондуктивно-конвективным способом при температуре 190-200 о С с экспозицией от 25 до 30 минут.
Установлено, что в результате реализации данного способа получения крупяного продукта талкан, вследствие происходящих в продукте изменений улучшаются потребительские достоинства и стойкость продукта при хранении.
На основании полученных результатов впервые разработана универсаль ная технологическая линия для обработки зерна и производства крупяного про дукта талкан из различного зернового сырья, исключающая немеханизирован ный труд, повышающая уровень производства и качество готовой продукции.
Практическая значимость. На основании проведенных исследований установлены режимы производства и разработана технология крупяного про дукта талкан из пшена-дранца.
Разработаны устройство для обработки зерна и устройство для производ ства крупяного продукта талкан, техническая новизна которых защищена Па тентами РФ №97939, № 97940.
Предложена технология производства крупяного продукта талкан, про мышленная апробация которой проведена на ТОО «Пойменское хлебоприемное предприятие» в с.Пойма Республики Казахстан.
Проведена промышленная апробация запатентованных устройств и тех нологической линии на хлебоприемном предприятии в с.Пойма Республики Ка захстан. На новый вид продукта разработана нормативная документация.
Оценка эффективности и риска инвестиций показала, что капитальные вложения окупаются через 12 месяцев, а себестоимость 1 кг крупяного продук та составляет 42,4 рубля.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Третьем меж дународном Хлебопекарном Форуме (г. Москва, 2010), Первой международной конференции «Модернизация систем зернохранилищ России. Новые аспекты развития» (Москва, 2011), Шестой международной конференции «Мельница – 2011. Модернизация. Инновации. Техническое перевооружение» (Москва, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 научных ра бот, 3и из которых в журналах, рекомендованных ВАК РФ, в том числе имеют ся два патента РФ на полезную модель: № 97939 «Устройство для производ ства зернового продукта «Талкан», № 97940 «Устройство для обработки зерна».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе ния, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, экспе риментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложе ний. Работа изложена на 166 страницах основного текста и приложений, содер жит 19 рисунков и 37 таблиц. Список литературы включает 191 источник рос сийских и зарубежных авторов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Обзор литературы В обзоре литературы дан обзор современного состояния и ассортимента крупяной промышленности, рассмотрены национальные традиции потребле ния крупяных продуктов, приведены современные способы производства наци ональных крупяных продуктов с учетом национальных традиций. Особое вни мание уделено обзору и анализу способов производства талкана, тары и толок на и технологических линий для их реализации. Показаны перспективы исполь зования пшена-дранца для производства национального казахского крупяного продукта. На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи ис следования.
2. Объекты и методы исследований Исследования проводились на зерне проса III типа и пшене-дранце. Ана лиз качества сырья проводили по общепринятым методикам. Определение влажности зерна осуществляли по ГОСТ 13586.5-93;
пленчатость зерна опре деляли по ГОСТ 10843-76;
сорную, вредную, зерновую примесь, крупность - по ГОСТ 30483-97;
определение зараженности вредителями - по ГОСТ 13586.6-93;
определение металломагнитной примеси - по ГОСТ 20239-74. Органолептиче скую оценку пшена-дранца осуществляли по ГОСТ 26312.1-84, по ГОСТ 26312.2-84;
зараженность и загрязненность вредителями хлебных запасов - по ГОСТ 26312.3-84;
примеси и доброкачественное ядро - по ГОСТ 26312.4 84;
зольность - по ГОСТ 26312.5-84;
влажность - по ГОСТ 26312.7-84;
кис лотность - по ГОСТ 26971-86.
Органолептическую оценку и готовность к употреблению полученного крупяного продукта талкан осуществляли по ГОСТ 15113.3-77;
влажность - по ГОСТ 15113.4-77;
крупность помола - по ГОСТ 15113.1-77;
массовую долю зо лы - по ГОСТ 15113.8-77;
определение примесей и зараженности вредителями хлебных запасов - по ГОСТ 15113.2-77.
Химический состав и биохимические свойства определяли по следующим методикам: содержание крахмала определяли методом Эверса по ГОСТ 10845 76;
содержание декстринов определяли фотоэлектроколориметрическим мето дом (метод М.П.Попова и Е.С.Шаненко);
содержание редуцирующих сахаров по методу Бертрана;
содержание целлюлозы - по методу Кюршнера и Ганека;
кислотное число жира - по ГОСТ Р 51413-99;
водопоглотительную способность крупяного продукта – по методикам (Торжинская Л.Р. и Яковенко В.А., 1986 г.). Эффективность шелушения оценивали по коэффициенту шелу шения, выходу целого, дробленого ядра и мучки.
Микробиологические исследования проводили в соответствии с требова ниями следующих документов: количество мезофильно-аэробных и факульта тивно-анаэробных микроорганизмов - по ГОСТ 10444.15-94;
дрожжи и плесени - по ГОСТ 10444.12-88.
Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.
I ЭТАП Этапы исследований Теоретические исследования.
Анализ научной и патентной литературы. Систематизация информации в области разработки нацио нальных крупяных продуктов. Формулирование цели и задач исследований II ЭТАП Экспериментальные исследования Исследование органолептических, физико- Исследование стойкости Оценка качества ис химических показателей качества крупяного крупяного продукта в ходного сырья продукта и его химического состава процессе хранения Обработка результатов и подбор оптимальных режимов отволаживания и обжаривания сырья Определение конеч- Определение содержания Изучение ной влажности декстринов сорбционных свойств сырья Определение продол- Исследование водопогло- Исследование жительности отвола- тительной способности продолжитель живания ВПС ности и темпе ратуры обжа Определение органолеп- ривания сырья Определение темпе- тических показателей ратуры отволажива ния Определение эффек тивности шелушения об жаренного проса III ЭТАП Разработка пищевых концентратов на основе талкана Разработка ре- Оценка потребительских досто- Расчет пищевой и Разработка техно цептур инств продуктов на основе тал- энергетической цен- логической схемы кана ности IV ЭТАП Разработка аппаратурного оформления для производства талкана Разработка устройства для производства Разработка устройства для обработки зерна крупяного продукта талкан V ЭТАП Практическая реализация результатов исследований Разработка нормативно- Промышленная Оценка эффективности и Публикации в журналах, технической документа- апробация техно- риска инвестиций произ- доклады на научно водства крупяного про- практических семина ции на крупяной продукт логии и устройств дукта рах, конференциях Рисунок 1 – Структурная схема исследований 3. Результаты исследований и их анализ 3.1 Разработка технологической схемы получения национального крупяного продукта талкан и обоснование использования нового вида сырья (пшена-дранца) Для выполнения технологических исследований была разработана техно логическая схема переработки проса и нешлифованного пшена-дранца в крупяной продукт талкан, представленная на рисунке 2.
Производство талкана осуществляли следующим образом: очистку пше на-дранца проводили на лабораторном рассеве, при этом сходом сита с диа метром отверстий 2,3 мм выделяли нешелушенное зерно. Смесь битого ядра и мучки, проходящую через сито с диаметром отверстий 1,5 мм, относили к фракции с низкими технологическими свойствами, направляли в отходы и да лее не перерабатывали. Доброкачественное ядро пшена-дранца, полученное сходом сита с диаметром отверстий 1,5 мм, направляли на дальнейшую перера ботку.
Для очистки проса использовали сито с диаметром отверстий 3,0 мм, схо дом с которого выделяли крупные примеси и сито с размерами отверстий 1,620 мм, сход с которого направляли на дальнейшую переработку. Мелкую фракцию зерна (проход сита с размерами отверстий 1,620 мм) в дальнейших исследованиях не использовали.
Далее осуществляли увлажнение пшена-дранца и проса путем добавле ния расчетного количества воды до конечной влажности, равной 15, 20, 25, 30 %, при температуре воды от 20 до 60 °С с инвервалом в 10 °С. После чего проводили отволаживание пшена-дранца от 10 до 180 минут. Просо отволажи вали 2 ч, 8 ч, 12 ч, 18 ч, 24 ч.
Затем пшено-дранец и зерно проса подвергали термообработке кондук тивно-конвективным способом (обжаривание) при температуре от 160 до 200 °С (интервал составил 10 °С) с экспозицией обжаривания от 15 до 45 минут с интервалом в 5 минут.
пшено-дранец зерно проса 1 3,0 кр.прим.
крупн. фракция 1,6х нешелушенное 2, зерно 1,5 мелкая фракция вода смесь битого Т= 20 - 60°С ядра и мучки W= 15 – 30 % отв (пшено) = 10 – 180 мин отв (просо) = 2 - 24 часа Т= 160 - 200°С обж. = 15 – 45 мин Т = 20 °С зерно проса пшено-дранец 8 оболочки, №1.0 оболочки мучка 1 №27ш на поз. на поз.7 1,8х20 №38ш кр.пр.талкан на поз.6 № крупяной продукт талкан мучка 1 – рассев, 2 – увлажнитель, 3- термостат, 4 – шкаф обжарочный, 5 – охладительная чаша, 6 – мельница, 7 – шелушитель, 8 – аспиратор Рисунок 2 – Технологическая схема переработки проса и пшена-дранца в крупяной продукт Обжаренное сырье охлаждали до температуры, не превышающей темпе ратуру воздуха окружающей среды на 6-8 °С. После чего обжаренное просо шелушили на вальцедековом станке с окружной скоростью вращения вальца 15,5 м/с и резинотканевой наборной декой марки РТД. В станок встроено ме таллотканое сито №056 для отделения мучки. Дополнительное отделение обо лочек и мучки осуществляли на аспираторе. Далее проводили разделение про дуктов шелушения на рассеве, в основном, с целью выделения нешелушенного зерна сходом сита с размерами отверстий 1,8х20 мм. Нешелушенное зерно направляли на повторное шелушение. Далее обжаренные пшено-дранец и ше лушенное просо измельчали до следующей крупности: остаток на сите из шел ковой ткани №27 не более 8%, проход через сито из шелковой ткани №38 не должен превышать 60%.
3.2 Изучение сорбционных свойств зерна проса и пшена-дранца С целью изменения структурно-механических свойств сырья, повышения теплопроводности, интенсификации процесса термической деструкции крахма ла нешлифованное пшено-дранец и просо перед обжариванием увлажняли и отволаживали.
Полученные данные по исследованию продолжительности и температуры отволаживания на прирост влаги позволили установить, что отволаживание зерна проса в течение 12 часов после увлажнения водой с температурой 20 °С, является достаточным для получения необходимой влажности проса – 24%.
Увлажнение пшена-дранца необходимо проводить до влажности 20-25 % во дой с температурой 20 о С и последующим отволаживанием в течение 50 ми нут.
3.3 Определение рациональных параметров термической обработки сырья Рациональные параметры термической обработки сырья определяли, изучив влияние температуры обжаривания на изменение содержания декстри нов, водопоглотительной способности и органолептических показателей в го товом продукте.
3.3.1 Влияние режимов термической обработки сырья на содержание декстринов Для оценки влияния режимов термической обработки сырья на термиче скую декструкцию крахмала в обжаренных продуктах определяли содержание Содержание декстринов, % на с.в.
15 20 25 30 35 40 45 Продолжительность обжаривания, мин Т=200°С Т=190°С Т=180°С Т=170°С Т=160°С Рисунок 3 – Влияние температуры и продолжительности обжаривания зерна проса на содержание декстринов Содержание декстринов, % на с.в.
10 15 20 25 30 35 40 Продолжительность обжаривания, мин T= 160 С Т= 170 С Т= 180 С Т= 190 С Т= 200 С Рисунок 4 – Влияние температуры и продолжительности обжаривания пшена-дранце на содержание декстринов декстринов, которое в образцах до обжаривания составило 0,04% в пшене дранце, 0,03% - в зерне проса. Результаты исследований, (рисунки 3-4), пока зали, что с увеличением температуры обжаривания до 190 о С и продолжитель ности обжаривания до 30 минут рост содержания декстринов незначительный (0,81% в пшене-дранце и 2,61% в зерне проса). Наиболее глубоко процессы гидролиза крахмала протекают при обжаривании пшена-дранца от 35-40 минут при температуре 200 оС (рост содержания декстринов от 9,13 до 13,23%) и при обжаривании проса при температуре 200 оС в течение 30 минут –5,64%.
3.3.2 Влияние режимов термической обработки сырья на водопоглотительную способность Водопоглотительная способность (ВПС) термически обработанного проса и пшена-дранца во многом определяется способностью к набуханию крахмала и белков, характеризует степень термической декструкции основных биополи Водопоглотительная способность, г/г 15 20 25 30 35 40 Продолжительность обжаривания, мин Т = 160 °С Т = 170 °С Т = 180 °С Т = 190 °С Т = 200 °С Рисунок 5 – Влияние режимов термической обработки пшена-дранца на ВПС меров зерна, отражает перспективы поведения крупяного продукта в процессе варки. ВПС необжаренного пшена-дранца составила 4,9 г/г, зерна проса шелу шенного необжареного – 4,7 г/г.
Пшено-дранец, обжаренное при температуре 160°С и 170°С с экспозици ей обжаривания от 15 до 45 минут и при температуре от 180 до 200 °С с про должительностью обжаривания до 35 минут характеризуется большей ВПС по сравнению с необжаренным пшеном-дранцом (рисунок 5), что связано с увели чением удельной поверхности крахмальных гранул и протеканием клейстери зации крахмала в ходе термической обработки. С увеличением температуры и продолжительности обжаривания свыше 180 °С и более 35 минут наблюдается тенденция снижения ВПС обжаренного пшена-дранца. Максимальной ВПС обладает пшено-дранец, обжаренное при 180 °С 20 минут (6,7 г/г), минималь ной – при 190 °С 40 минут (3,5 г/г).
Аналогичные изменения наблюдаются при обжаривании зерна проса.
Максимальную ВПС имеет просо, обжаренное при температуре 160 °С: от 5, до 5,9 г/г при увеличении экспозиции обжаривания от 15 до 45 минут. С увели чением температуры до 190 и 200°С, не зависимо от экспозиции обработки, величина ВПС ниже, чем ВПС исходного сырья.
Таким образом, для получения оптимальной величины ВПС пшено-дранец необходимо обжаривать при 180 °С 20 минут, просо – при температуре 160 °С в течение 45 минут.
3.3.3 Влияние режимов термической обработки на органолептические показатели продукта При обжаривании пшена –дранца при температуре 160 °С до 35 минут, 170 °С до 20 минут продукт имеет бледный цвет, слабовыраженный запах и вкус. Пшено-дранец, обжаренное при температуре 190 и 200 °С более 30 ми нут, 180 °С более 35 минут, имеет неприятный запах и вкус. В результате обжа ривания свыше 40 минут при температуре от 180 до 200 о С образовавшиеся низкомолекулярные продукты начинают интенсивно вступать в сахаро аминные реакции, в результате образуются темно-окрашенные меланоидино вые пигменты, формируется темно-коричневый цвет продукта, исчезает прият ный аромат обжаренного продукта, так как способность к связыванию арома тических веществ у дисахаридов выражена в большей степени, чем у моносаха ридов. Продолжительность обжаривания, достаточная для формирования вы раженного приятного вкуса и аромата, хорошего цвета для пшена-дранца при температуре обжаривания 160 °С и 170 °С составляет 30 минут, при 180 °С и 190 °С – 25 минут, при 200 °С – 20 минут.
При температуре обжаривания зерна проса 160 °С ( от 15 до 45 минут) и 170 °С (от 15 до 35 минут) зерно имеет характерный вкус и запах обжаренно го продукта. При температуре 180 и 190 °С с экспозицией более 25 минут зер но приобретает неприятный запах и вкус. Максимально допустимая температу ра нагрева зерна составила 200 оС с экспозицией не более 15 минут.
Таким образом, анализ данных по содержанию декстринов в обжарен ных продуктах, величине водопоглотительной способности, органолептической оценке позволил установить оптимальные режимы обжаривания сырья для по лучения крупяного продукта талкан:
- температура обжаривания пшена-дранца 190-200 °С с экспозицией обжаривания от 25 до 30 минут;
- температура обжаривания зерна проса 180-190 °С, продолжительность обжаривания от 20 до 25 минут.
3.4 Влияние влаготепловой обработки на эффективность шелушения зерна проса В связи с тем, что крупяной продукт талкан можно производить как из ше лушенного, так и из нешелушенного обжаренного проса, исследование процес са шелушения обжаренного зерна представляет большой практический интерес.
В результате шелушения необжаренного зерна были получены следующие данные: коэффициент шелушения (Кш) необжаренного зерна после первого пропуска через вальцедековый станок составил 83 %, после второго – 94 %, по сле третьего – 99 %, что удовлетворяет требованиям «Правил организации и ведения технологического процесса на крупяных предприятиях», причем со держание дробленого ядра также не превышало необходимую норму – 5%.
Коэффициент шелушения зерна, обжаренного при температуре 160 °С в течение 15-20 минут ниже, чем коэффициент шелушения необжареного зерна на 3,1-3,6 %, но находится в пределах рекомендованной Правилами нормы и составляет 95,4-95,9%. При дальнейшем увеличении температуры и продолжи тельности обработки Кш снижается ниже рекомендованных норм. Минималь ное значение Кш составляет 90,3 % (при температуре обжаривания 190 °С в те чение 30 минут), что ниже нормы на 4,7 %.
Также было установлено, что при шелушении обжаренного зерна практи чески невозможно получить целое ядро, содержание которого уменьшается с увеличением интенсивности обжаривания от 160°С (экспозиция обжаривания 15 минут) до 200 °С (экспозиция 45 минут) с 3,62 % до 0,07 %. Одновременно с этим процессом постепенно возрастает содержание мучки, которое достигает максимальных значений при температурах 180 и 190 °С с экспозицией обжари вания 45 минут (9,78% и 10,42% соответственно). Таким образом, степень из менения структурно-механических свойств зерна пропорциональна изменению температуры.
Основным крупяным продуктом, полученным при шелушении обжарен ного проса, является дробленое ядро, содержание которого находится в диапа зоне от 65,84 % до 74,52 %, что нежелательно с точки зрения классического крупяного производства, но, учитывая необходимость операции измельчения при производстве талкана из шелушенного зерна проса, уменьшение прочности зерна при обжаривании благоприятно сказывается на экономической эффек тивности производства, так как снижаются энергозатраты на измельчение зер на.
3.5 Органолептическая и физико-химическая оценка качества крупяного продукта талкан На основании проведенных исследований были установлены рациональ ные режимы получения крупяных продуктов из зерна проса и нешлифованного пшена-дранца и осуществлена выработка крупяных продуктов с соблюдением следующих технологических режимов:
- увлажнение пшена-дранца проводили до влажности 20%, проса - до 24% водой с температурой 20 °С. Затем осуществляли отволаживание пшена дранца в течение 50 минут, проса - в течение 12 часов. Далее пшено-дранец обжаривали при температуре 190 °С в течение 25 минут. Обжаривание проса при температуре 180 °С проводили 25 минут. Далее обжаренные продукты охлаждали. Просо шелушили, отделяли оболочки и мучку. Обжаренное пшено дранец и просо после шелушения измельчали до следующей крупности частиц:
остаток на сите №27ш не более 8%, проход через сито №38ш не более 60%.
Также выработали крупяной продукт талкан из обжаренного проса, не подверг нутого шелушению, что соответствует национальным традициям.
Органолептическая и физико-химическая оценка качества крупяного про дукт талкан и дегустационная оценка сваренной каши, показала, что образцы талкана из шелушенного обжаренного проса и пшена–дранца характеризуются хорошими органолептическими достоинствами, сокращенной продолжительно стью варки. Крупяной продукт - талкан из пшена-дранца получил более высо кую балльную оценку.
Результаты дегустационной оценки образца талкана из нешелушенного обжаренного проса неудовлетворительны, продукт характеризуется неоднород ным цветом и консистенцией, с наличием жестких оболочек зерна, из дальней ших исследований данный образец исключен.
3.6 Исследование влияния влаготепловой обработки на химический состав и стойкость при хранении крупяных продуктов 3.6.1 Исследование химического состава сырья и талкана Исследование углеводного комплекса исходного сырья и талкана, полу ченного при рекомендуемых режимах (таблица 1), позволили установить, что при обжаривании пшена наблюдается снижение содержания крахмала, что обу словлено протеканием процесса термической десктрукции крахмала и под тверждается значительным ростом содержания декстринов в термообработан ных образцах - на 10,72% в талкане из пшена-дранца;
на 8,61 % в талкане из зерна проса.
Таблица 1 - Углеводный комплекс исходного сырья (пшена-дранца, зерна проса) и талкана, обжаренных при рекомендуемых режимах Углеводы Содержание, % на сухое вещество Нешлифованное Талкан из Зерно проса Талкан из пшено-дранец пшена- зерна проса дранца Крахмал 75,44 70,83 58,40 65, Редуцирующие 1,56 1,84 1,74 1, сахара Декстрины 0,04 10,76 0,03 8, Целлюлоза 0,93 0,85 10,69 0, Рост содержания редуцирующих сахаров не так значителен: на 0,28 % и 0,16 % относительно исходного сырья в талкане из пшена-дранца и зерна проса соответственно. Содержание целлюлозы в ходе термической обработки не сколько снижается, что может быть связано с ее сухой перегонкой при высоких температурах обработки.
Анализ данных по содержанию белка и липидов в сырье и талкане (таб лица 2) показали, что в ходе термической обработки содержание белка не сколько снижается, содержание общих липидов практически не меняется.
Таблица 2 – Содержание белка и липидов в сырье (пшено-дранец, зерно проса) и талкане, обжаренных при рекомендуемых режимах Наименование образцов Содержание белка, Содержание липидов, % на с.в. % на с.в.
Пшено-дранец 14,25 4, Талкан из пшена-дранца 13,98 4, Зерно проса 12,32 4, Талкан из зерна проса 13,97 4, 3.6.2 Исследование стойкости крупяного продукта талкан при хранении Для оценки сроков годности нового крупяного продукта был применен метод ускоренного старения при повышенной температуре. Исследуемые крупяные продукты хранили в упакованном виде в пакетах из полимерных ма о териалов при температуре (40+1) С и относительной влажности воздуха, не превышающей 75% в течение 120 суток. В процессе хранения определяли кис лотность, кислотное число жира, количество мезофильно-аэробных и факульта тивно-анаэробных микроорганизмов и плесеней.
Результаты показали, что кислотность талкана по окончании срока хра нения 90 суток не превышает требования известных нормативов: кислотность по болтушке не более 5 град (овсяные хлопья) и 10 град (толокно для детского питания), величина кислотного числа жира (таблица 3) также соответствует не обходимым требованиям – не более 80 мг КОН на 1 г жира (мука ржаная).
Таблица 3 – Изменение кислотного числа жира крупяных продуктов в процессе хранения (сут) Наименование Кислотное число, мг КОН образцов 0 10 20 30 45 60 75 90 Пшено-дранец 38,5 44,9 61,2 84,6 95,1 102,6 112,8 124,0 136, Талкан из пше- 31,2 38,6 40,9 48,5 53,2 59,7 72,7 79,6 91, на-дранца Талкан из проса 32,6 36,2 42,4 45,9 56,0 61,7 77,3 78,7 87, В процессе хранения в течение 120 суток количество мезофильно аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов на поверхности об жаренного пшена-дранца значительно ниже предельно-допустимых норм, уста новленным СанПиН 2.3.2.1078, развития плесеней не наблюдалось.
Таким образом, гарантированный срок хранения крупяного продукта тал кан по методу ускоренного старения составляет не более 90 суток, что соответ ствует 9 месяцам стандартных условий хранения.
3.7 Разработка аппаратурного оформления для осуществления технологии крупяного продукта талкан и ее промышленная апробация С целью реализации технологии национального крупяного продукта тал кан разработаны устройство для обработки зерна (Патент РФ на полезную мо дель №97940) и устройство для производства продукта талкан (Патент РФ на полезную модель №97939), представленное на рисунке 6.
1 2 3 4 5 6 7 1 – средство очистки;
2 – варочный котёл;
3 – конвейер сетчатый;
4 – жарочный котёл;
5– воздушный сепаратор;
6 – аппарат шелушения зерна;
7 – вальцевый станок;
8 – вибросито и дозатор измельчённого продукта;
9 – средство упаковки Рисунок 6 – Устройство для производства крупяного продукта талкан Устройство работает следующим образом. Исходное сырьё (зерно, пше но-дранец) очищают в устройстве предварительной очистки 1, выполненном в виде просеивающей машины и аспиратора. Очищенное и подготовленное сырье направляют с помощью конвейера в варочный котёл 2. В нём сырье при необ ходимости увлажняют или варят, затем направляют по сетчатому конвейеру 3 в жарочный котёл 4. Процесс обжаривания происходит при температуре 160 200 0С. Время обжаривания сырья составляет 15-45 мин. Параметры зависят от зерновой культуры и её предварительной обработки.
После обжаривания продукт направляется в воздушный сепаратор 5 с охладительной колонкой и аспиратором на охлаждение. Охлажденное зерно направляется в устройство для шелушения 6. После шелушения получается крупа тары, которая может использоваться как самостоятельный продукт. Для получения национального казахского крупяного продукта талкан, обжаренный продукт направляют на измельчение в вальцевом станке 7. Измельченный про дукт (талкан) направляется в вибросито для контроля крупности и дозатор из мельчённого продукта 8 и упаковывается в тару средством упаковки 9.
Разработанное устройство успешно апробируется на ТОО «Пойменское хлебоприемное предприятие» в с. Пойма Республики Казахстан.
Органолептические (внешний вид, цвет, вкус, запах, консистенция) и фи зико-химические показатели талкана (таблицы 4) оценивали в ИЦ пищевых продуктов и сырья ФГБОУ ВПО «АтГТУ им.И.И.Ползунова» (внесен в Еди ный перечень организаций, аккредитованных Росстандартом и в Единый ре естр органов по сертификации и испытательных лабораторий (центров) Тамо женного союза, что свидетельствует о признании результатов проведенных ис пытаний на единой Таможенной территории).
Таблица 4 - Физико-химические показатели качества крупяного продукта талкан Наименование показателя Результат испытаний Массовая доля влаги, % 5,8+0, Крупность помола, %:
остаток на сите из шелковой ткани №27 7,0+0, проход через сито из шелковой ткани №38 56,0+0, Массовая доля минеральных примесей, % менее 0, Массовая доля металлических примесей менее 0, (величина частиц в наибольшем линейном изме рении не более 0,3 мм), % Посторонние примеси, зараженность вредителя- Не обнаружено ми хлебных запасов Готовность к употреблению, мин Результаты промышленной апробации подтвердили возможность получе ния национального казахского крупяного продукта талкан хорошего качества по разработанной технологии.
3.8 Разработка рецептур пищевых концентратов на основе талкана, нормативной документации и оценка экономической эффективности С целью отработки рецептур пищевых концентратов на основе талкана пшенного были разработаны 15 смесей талкана с фруктами, орехами, овощами и мясом. Для определения наилучшего соотношения компонентов в смесях проведена дегустационная оценка сваренных до готовности каш по пятибалль ной шкале, осуществлена проверка согласованности мнений экспертов, выбра ны лучшие образцы: талкан с фруктами, с овощами, с мясом и овощами. Осу ществлен расчет производственных рецептур и разработка аппаратурно технологической схемы производства талкана с фруктами. На крупяной про дукт талкан разработана и утверждена нормативная документация СТО 11321463 – 001 – 2011 Крупяной продукт «Талкан пшенный». Технические условия.
Оценки экономической эффективности и риска инвестиций показали, что капитальные вложения окупаются через 12 месяцев, а стоимость 1 кг крупяного продукта составляет 42,4 рубля, что не превышает стоимость аналогов.
Общие выводы 1. На основе комплексного исследования технологических, биохимических свойств, химического состава, потребительских достоинств научно обос нована технология крупяного продукта талкан из пшена-дранца. Предло жено техническое решение для ее осуществления.
2. Изучив сорбционные свойства пшена-дранца и зерна проса установлено, что оптимальным способом влаготепловой обработки сырья является:
увлажнение пшена-дранца водой с температурой 20 о С до влажности 20% и отволаживание в течение 50 минут;
увлажнение зерна проса водой с температурой 20 о С до влажности 24% и отволаживание в течение 12 ча сов.
3. На основании изучения содержания декстринов, водопоглотительной спо собности, органолептической оценки выявлены рациональные режимы термической обработки сырья способом обжаривания: для обработки пше на-дранца температура 190-200 °С с экспозицией обжаривания от 25 до минут, для обработки зерна проса - температура 180-190 °С с экспозицией обжаривания от 20 до 25 минут.
4. Выявлено влияние режимов влаготепловой обработки на эффективность шелушения зерна проса. Установлено, что выход дробленого ядра состав ляет около 70%, это технологически и экономически целесообразно для производства национальных крупяных продуктов в измельченном виде.
5. Установлено, что в результате реализации рекомендуемых режимов влаго тепловой обработки улучшаются потребительские достоинства, обеспечи вается хорошая хранимоспособность полученного крупяного продукта тал кан в течение 9 месяцев.
6. Исследование влияния режимов влаготепловой обработки на химический состав полученных крупяных продуктов свидетельствует о сохранении пищевой ценности крупяного продукта талкан на высоком уровне.
7. С целью реализации разработанной технологии на действующих крупяных предприятиях, повышения уровня производства при незначительной мо дернизации, разработаны устройства для обработки зерна и производства крупяного продукта талкан. Получены два патента РФ на полезную мо дель № 97939 «Устройство для производства зернового продукта «тал кан», №97940 «Устройство для обработки зерна». Произведена промыш ленная апробация разработанных устройств.
8. На основании дегустационной оценки разработаны рецептуры пищевых концентратов быстрого приготовления на основе талкана пшенного, про ведена оценка пищевой ценности, разработана рекомендуемая машинно аппаратурная схема. Разработана нормативная документация СТО 11321463 – 001 – 2011 Крупяной продукт «Талкан пшенный». Техниче ские условия.
9. Результаты оценки экономической эффективности и риска инвестиций по казали, что капитальные вложения окупаются через 12 месяцев, а стои мость 1 кг крупяного продукта составляет 42,4 рубля, что не превышает стоимость аналогов.
Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Иунихина В.С., Жаркеев М.К., Мелешкина Л.Е. Из истории националь ных крупяных продуктов //Хлебопродукты.- 2009.-№10.-С.68-69.
2. Иунихина В.С., Жаркеев М.К., Мелешкина Л.Е. Из истории националь ных крупяных продуктов //Хлебопродукты.- 2009.-№11.-С.66-67.
3. Жаркеев М.К. Совершенствование линии для производства зерновых продуктов //Хлебопродукты.-2011.-№ 5.- с. 46-47.
Авторские свидетельства и патенты РФ 4. Иунихина В.С., Жаркеев М.К. Патент РФ на полезную модель № Устройство для производства зернового продукта «Талкан», приоритет от 24.06.2010. зарегистрировано в Госреестре полезных моделей РФ 27 сен тября 2010 г.
5. Иунихина В.С., Жаркеев М.К. Патент РФ на полезную модель № Устройство для обработки зерна, приоритет от 24.06.2010, зарегистриро вано в Госреестре полезных моделей РФ 27 сентября 2010 г.
Материалы конференций 6. Иунихина В.С., Жаркеев М.К., Мелешкина Л.Е. Национальные крупяные продукты: история и современность /Сборник научных трудов МПА:
Вып.VI/2.- М.: ГИОРД, 2008. – С.109-120.
7. Иунихина В.С., Жаркеев М.К., Мелешкина Л.Е. Технологические иссле дования производства национального казахского крупяного продукта /Сборник научных трудов МПА: Вып.VII/1.- М.: Троицкий мост, 2009. – С.80-89.
8. Жаркеев М.К., Иунихина В.С., Мелешкина Л.Е. Исследование процесса шелушения зерна проса, прошедшего термическую обработку способом обжаривания /Сборник научных трудов МПА: Вып.VIII/1.- М.: Троицкий мост, 2010. – С.112-120.
9. Иунихина В.С., Жаркеев М.К., Иунихина Е.В., Данилкина В.А. Использо вание крупяных продуктов в хлебопечении: расширение ассортимента, повышение пищевой ценности /Материалы докладов Третьего междуна родного Хлебопекарного Форума /Международная промышленная акаде мия – Экспоцентр на Красной Пресне, 11-14 октября 2010 г. М.:Пищепромиздат, 2010.-с.62-64.
10. Жаркеев М.К. Устройство для обработки зерна с целью получения наци онального крупяного продукта /Материалы первой международной кон ференции «Модернизация системы зернохранилищ России. Новые аспек ты развития», Международная промышленная академия, 7-9 февраля 2011 г.- М.: Пищепромиздат.- с. 291-294.
11. Жаркеев М.К. Исследование химического состава национального крупя ного продукта талкан /Материалы шестой международной конференции «Мельница-2011. Модернизация. Инновации. Техническое перевооруже ние», Международная промышленная академия, 20-22 сентября 2011 г. М.: Пищепромиздат.- с. 225-227.
Подписано в печать 10.11.11г.