Производство хлопьев из зерна тритикале

 Тритикале – первая зерновая культура, полученная скрещиванием пшеницы и ржи. Её урожайность в 1,5-2 раза выше, чем у пшеницы. По сравнению с зерном пшеницы, белок зерна тритикале богаче такими незаменимыми аминокислотами,как треонин и лейцин [1]. Кроме муки и крупы, из тритикале можно изготавливать хлопья. Традиционно зерновые хлопья относятся к продуктам здорового питания, доступным для малообеспеченных слоев населения. Использование неразмолотых хлопьев из цельного зерна, например, в хлебопечении, позволяет обогатить хлеб из сортовой пшеничной муки биологически активными веществами: витаминами, минеральными веществами и пищевыми волокнами [3].

Основная операция, в результате которой зернопродукт приобретает товарный вид в виде округлых пластин (хлопьев), – плющение, заключающееся в прокатывании зерновки в зазоре между двумя гладкими валками. При этом зерновка не должна крошиться и рассыпаться на крупку и мучку, что требует от неё пластичности, которая достигается в результате гидротермической обработки, т.е. придания ей определённого сочетания влажности и температуры. Однако для минимизации совокупных затрат на производство влажность зерна (крупы) должна не более чем на несколько процентов превышать товарную влажность хлопьев, что позволяет сократить продолжительность сушки либо отказаться от неё.

Пластичность зерна увеличивается с ростом температуры и влажности. Товарная же влажность хлопьев ограничивается нормативной документацией. Например, влажность овсяных хлопьев должна быть 12%, согласно ГОСТ 21149-93 «Хлопья овсяные. Технические условия».

По имеющимся сведениям, оптимальная влажность овсяных хлопьев при хранении оценивается в 7%.
Термообработка – операция, широко используемая в зернопереработке, в частности, в производстве продуктов быстрого приготовления, может быть реализована различными методами. Для малых и средних предприятий (мощностью до 0,5 т/ч) представляет интерес метод высокотемпературной микронизации – нагрев в потоке инфракрасного (ИК) излучения [3].

В результате быстрого нагрева влага в зернопродуктах переходит в парообразное состояние, резко повышается внутреннее давление, вследствие чего зернопродукт частично обезвоживается, вспучивается, изменяются его органолептические, физико-химические и технологические свойства, повышается питательная ценность.

Особенностью ИК-нагрева объектов типа зерна является быстрый рост средней температуры, по сравнению с конвективным способом. В то же время следует иметь в виду, что, в отличие от СВЧ-нагрева, имеет место существенный градиент температуры, хотя и меньший, чем при конвективном нагреве. В этих условиях одним из ограничений продолжительности термообработки зерна служит потемнение его поверхности.

В качестве экспериментального материала использовали зерно тритикале сорта Консул урожая 2012 г. Плющение проводили на гладких валках диаметром 250 мм на лабораторном вальцовом станке с синхронной частотой вращения валков.
Влажность определяли по ГОСТ 13586.5-93 «Зерно. Метод определения влажности». Зазор между валками устанавливали с помощью набора щупов с точностью 0,05 мм.

Коробчатая конструкция лабораторной установки (верхний отражатель, боковые теплоизолированные стенки и поддон) образует ограниченное пространство вокруг ИК-излучателей. Варьируя число излучателей, можно изменять их суммарную мощность и соответственно плотность потока излучения и температуру в рабочей зоне. Кроме того, можно было корректировать высоту излучателей Л, над продуктом, т.е. объём пространства рабочей зоны, что также приводило к изменению облучённости зерна и температуры среды.

Температуру среды измеряли под средней лампой с помощью термопары. Чтобы максимально снизить влияние прямого излучения на показания, термопару помещали в трубку из материала с коэффициентом отражения R=0,95 в области длины волны ? =1 мкм.

Среднюю температуру измеряли термометром термопары в теплоизолированной ёмкости, в которую ссыпали термообработанное зерно с лотка. Ошибку в оценку вносили теплопотери при перемещении зерна из зоны обработки в ёмкость.
Основными факторами, влияющими на скорость изменения температуры в процессе ИК-нагрева, были начальная влажность зерна и облучённость его рабочей поверхности, а также температура среды в зоне обработки.
К сожалению, конструкция лабораторной установки не позволяла независимо изменять плотность потока излучения и температуру среды в зоне обработки, что существенно затрудняло планирование эксперимента. Тем не менее, варьируя число ламп и высоту их установки над монослоем зерна, в какой-то степени эксперимент удалось спланировать. Анализируя влияние режимов нагрева зерна влажностью 18,4%, был разработан план эксперимента, приведённый на рис. 1.
ИК-нагрев зерна сопровождается рядом эффектов. При определённом сочетании начальной влажности зерна, плотности потока излучения и температуры среды через некоторое время (при температуре зерна около 100°С) можно наблюдать вспучивание, сопровождаемое слышимым потрескиванием (часто зерно «взрывается» и даже улетает с поддона). При дальнейшем нагреве поверхность зерна начинает темнеть и обугливаться. Эти процессы характеризуют естественный предел продолжительности нагрева.
Изменение плотности потока излучения и температуры среды естественно приводит к интенсификации энергоподвода и соответственно к росту температуры зерна (рис. 2).
В процессе исследования были получены эмпирические зависимости относительного приращения температуры зерна тритикале от продолжительности нагрева при различной начальной влажности (10-18%), расчётной плотности потока излучения 18 кВт/м2 и температуре среды 254-346°С.
Относительное приращение температуры определяли по формуле
?Т=(Т–Т0)/100,
где Т, Т0 – соответственно текущая и начальная температура зерна, °С.

Как видно из рис. 3, в рассмотренном диапазоне значений влажности зерна прослеживается некоторая тенденция к повышению его температуры со снижением влажности.
С технологической точки зрения представляет интерес влияние условий обработки (режимов и начальной влажности зерна) на текущее значение.
Из рис. 4 видно, что режимы термообработки слабо влияют на зависимость влажность – температура, в то время как начальная влажность сказывается существенно.
Влияние температуры нагрева зерна на текущее значение его влажности при различной начальной влажности и фиксированных режимах обработки показано на рис. 5.
Конечная влажность зерна определяется её начальным значением, которое целесообразно принять в диапазоне 16-20%, и продолжительностью термообработки или температурой зерна (рис. 6).
Нагрев зерна начальной влажностью около 18% до температуры около 100°С приводит к обезвоживанию, т.е. к содержанию влажности до 13%. При этом зерновка приобретает пластичность и хорошо плющится. Кроме того, происходит её обеззараживание и инактивация ряда ферментов, что сказывается на сохраняемости продукта.
Хлопья из зерна тритикале (рис. 7) были получены при исследовании в ООО «Полинка» (г. Рязань) на промышленной установке высокотемпературной микро-низации нагрева (начальная влажность зерна 19%) при зазоре между валками плющилки 0,2 мм.
Хранение хлопьев в течение 7 мес. не привело к явному прогорканию продукта.

Выводы
Из анализа экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:
* начальная влажность зерна при постоянных режимах слабо влияет на температурную зависимость T(t). Существенно сказываются режимы нагрева – плотность потока излучения и температура среды;
* зависимость текущей влажности от температуры W(T) практически инвариантна к режимам нагрева, но зависит от начальной влажности. Таким образом, скорость нагрева до заданной температуры, а следовательно, и производительность установки в первую очередь зависят от режимов;
* экспериментально полученные данные можно использовать при организации на базе малого предприятия производства хлопьев из зерна тритикале с применением высокотемпературной микронизации.
Хлопья можно рекомендовать в качестве компонента зерновых смесей, мюслей и каши быстрого приготовления.
Отметим, что зерно тритикале хорошо плющится и без термообработки, если его влажность более 25%. Однако в этом случае хлопья, предназначенные для хранения, следует подвергать обезвоживанию до регламентированного значения влажности.

Литература
1. Зверев, С.В. Высокотемпературная микронизация в производстве зернопродуктов / С.В. Зверев. – М.: ДеЛи принт, 2009. – 222 с.
2. Мелешкина, Е.П. Оценка качества зерна тритикале / Е.П. Мелешкина [и др.] // Хлебопродукты. – 2015. – №2. – С.48-49.
3. Тертычина, Т.Н. Разработка способа производства хлеба с зерновыми хлопьями ржи и тритикале / Т.Н. Тертычина [и др.] // Хлебопродукты. – 2015. – №2. – С.42-44.
 

---