Разработка метода и средств измерения цвета муки из твердой пшеницы, направленная на импортозамещение

Задача импортозамещения достаточно давно стояла перед Россией, однако санкции со стороны западных партнеров в 2014-2015 годах явились толчком к проведению разработок, направленных на стимулирование экономического роста в стране за счет создания отечественной продукции. Перед нами стояла задача – не создание аналога зарубежного прибора, используемого в нашей стране для определения цвета муки из твердой пшеницы для макаронных изделий, а создание отечественного конкурентоспособного прибора с более широкими возможностями.

В настоящее время макаронные изделия пользуются устойчивым спросом на всех континентах. При этом в экономически развитых странах макаронные изделия, благодаря использованию высококачественного сырья (муки, полученной из твердой пшеницы) для их производства перешли в категорию деликатесов и продуктов для здорового и диетического питания.

Одно из главных условий успешного производства макаронных изделий в системе жесткой конкуренции – высокое качество продукции, – для обеспечения которого необходимо уделять большое внимание контролю качества – сырья – муки и технологического процесса производства муки.

Цвет макаронных изделий, характеризующий товарный вид продукции, зависит от цвета муки из твердой пшеницы, который в силу экспрессности определения, может быть использован для оперативного прогнозирования качества макаронных изделий с целью получения высококачественной и конкурентоспособной продукции [1, 2]. Цвет муки из твердой пшеницы для макаронных изделий зависит от цвета эндосперма пшеницы, размера частиц эндосперма, содержания неэндоспермных частиц (вкраплений), подсчет количества которых на 1 дм2 проводят вручную. Неэндоспермные частицы ухудшают внешний вид муки и макарон, сокращают срок хранения муки, увеличивают в муке содержание ферментов, катализирующих нежелательный процесс потемнения макаронных изделий при сушке.
Цвет муки из твердой пшеницы (ГОСТ 31463-2012), обуславливающий цвет макаронных изделий, определяют визуально по ГОСТ 27558-87, т.к. для муки из твердой пшеницы для  макаронных изделий в России  отсутствуют стандартизованные инструментальные методы контроля качества муки по цвету. Органолептическая оценка субъективна. В настоящее время в отдельных странах и у нас в России на ряде предприятий - производители муки из твердой пшеницы для макаронных изделий - для оценки цвета муки используют колориметр Konica Minolta (Япония)1  (не стандартизовано в России).
На основе исследований Н.К. Казенновой и Д.В.Шнейдер (ООО» Макарон-Сервис») [3, 4] с 01.07.2014 г. введен ГОСТ 32197-2013 на методы определения цвета и потемнения для изделий макаронных с использованием трехкоординатного колориметра в системе цветовых координат L,a,b [5].

Введение инструментального метода определения цвета макаронных изделий диктует необходимость и подчеркивает актуальность проведения работ по созданию метода для оперативного контроля качества муки из твердой пшеницы по показателю «цвет» взамен показателя «зольность».

Современный уровень развития оптико-электронных методов оценки изображения исследуемого материала с диффузно отражающей поверхностью (макаронная мука), развития цветоизмерительной аппаратуры, применение современных матричных фотоприемников в оптико-электронных фотометрических приборах, специализированных программ с использованием компьютеров, т.е. технический прогресс, дает возможность найти новый подход к оценке цвета муки во всем видимом участке спектра и поточечный анализ соотношения белых и черных точек.

Исследования проведены на пробах макаронной муки, выработанной по ГОСТ Р 52668-2006 [6], полученных с предприятий России от основных крупных на сегодняшний день производителей муки из твердой пшеницы.

Для изучения оптических характеристик анатомических частей (эндосперма, отрубянистых частиц) и цельносмолотого зерна, полученных по специальным методикам, использованы пробы зерна пшеницы II типа.

Разработка инструментального метода и средств измерения цвета муки из твердой пшеницы проведена на основе анализа данных оптических характеристик муки, полученных с использованием разрабатываемого аппаратно-программного измерительного комплекса (АПИК) спектрофотометрического анализа порошкообразных объектов, фильтрофотометра фирмы Opton, портативного колориметра CR-410 фирмы Konica Minolta.

Влияние неэдоспермных включений на оптические свойства макаронной муки из твердой пшеницы при длине волн Я,-457 нм, 520 нм, 620 нм представлено на рисунке 1. Изучены 23 искусственные смеси эндосперма с различным содержанием неэндоспермных (вкраплений) «чернушек». В кювету на уплотненно-сглаженную поверхность эндосперма вручную пинцетом помещали от 1 до 25 штук «чернушек» -25 шт. максимально допустимое количество в отдельных странах. Неэндоспермные частицы выбирали вручную из сходов ситовеечной машины в процессе обогащения макаронной крупки при лабораторных помолах твердой пшеницы.
Максимально допустимое содержание неэндоспермных частиц (вкраплений) - 25 шт. вызывает изменение отражательной способности во всех трех участках видимого спектра, а в зеленом наибольшее - на 2,5% коэффициента отражения, что влечет за собой изменение цвета муки.
Спектральные кривые отражения анатомических частей твердой пшеницы, полученных по специальным методикам, представлены на рисунке 2.
Анализ полученных кривых показал, что различия в отражательной способности эндосперма и отрубянистого слоя (совокупность всех слоев оболочек зерновки вместе с алейроновыми клетками), составили от 20% до 30% коэффициента отражения в разных участках спектра в диапазоне длин волн 400-700нм. Спектральные кривые отражения отрубянистого слоя и цельносмолотого зерна практически эквидистантны. В связи с этим различия в отражательной способности этих 2-х сравниваемых объектов аналогичны характеру различий между эндспермом и отрубянистым слоем, но несколько меньше и составили 15,0%, 16,5% и 11,0% соответственно в синем, зеленом и красном участках видимого спектра. Найденные различия (эндосперм – отруби, цельносмолотое зерно - отруби) явились исходными данными для разработки специального программного обеспечения для аппаратно-программного измерительного комплекса (АПИК) и легли в основу пиксельного анализа содержания неэндоспермных частиц (вкраплений) в муке из твердой пшеницы [7]. Пиксельным изображением называется массив пикселей (точек) – одинаковых по размеру и форме плоских геометрических фигур (квадратов, кругов), различных цветов. Для муки из твердой пшеницы при измерении ее на аппаратно-программном измерительном комплексе за массив пикселей приняты размер (крупность, регламентируемая ГОСТ Р 52668-2006), форма и цвет макаронной крупки в системе RGB, а также размер и цвет неэндоспермных частиц (вкраплений).

Для решения поставленной задачи по импортозамещению зарубежных приборов на  разрабатываемые  отечественные  проведены  сравнительные  испытания отечественного АПИК с зарубежным колориметром Konica Minolta Sensing (Япония). На основе взаимосвязей, характеризуемых высокими коэффициентами корреляции (таблица 1), между результатами измерения показателей цвета муки и макаронных изделий на АПИК с колориметром Minolta CR-410, установлено, что использованная в разрабатываемом приборе АПИК система описания цвета в цветовом пространстве RGB в диапазоне от 0 до 256 относительных единиц дает результаты, сравнимые с результатами, полученными на зарубежном колориметре в системе цветовых координат L,a,b.

Таблица 1 Коэффициенты корреляции, характеризующие взаимосвязи между результатами измерения цвета муки и макарон на различных приборах
 

АПИК  в цветовом пространстве RGB	Коэффициенты корреляции
	Колориметр Minolta CR-410		Белизномер СКИБ-Л (лабораторный)
	мука	макароны	мука	макароны
Зеленый (G)	0,951	0,918	0,943	0,890
Синий (B)	0,845	0,738	0,879	0,766
Красный (R)	0,940	0,957	0,973	0,969

По специальной компьютерной программе Adobe Photoshop - по данным измерения цвета макаронной муки на колориметре CR-410 (Konica Minolta) в системе Lab и на АПИК в системе RGB на дисплее компьютера вывели (получили) желтый цвет муки высшего сорта (крупки) из твердой пшеницы. Цвета совершенно одинаковы - т.е. вызывает абсолютно одинаковое ощущение глаза.
Убедительным преимуществом АПИК является возможность автоматического подсчета неэндоспермных включений и, безусловно, доступная цена (в 6-7 раз ниже стоимости зарубежных).
Большой интерес в связи с прогнозируемым увеличением (уменьшением -всевозможные санкции) экспорта и импорта макаронных изделий вызывают полученные нами результаты по сравнению оптических характеристик (цвета) макаронных изделий, произведенных в России, с цветом макарон производства Италии,

За счет разницы в цене макаронных изделий из муки, полученной из твердой пшеницы, и приборов зарубежного и отечественного производства ожидаемый экономический эффект значителен.
Обеспечение надежного оперативного контроля качества муки из твердой пшеницы для макаронных изделий с использованием разработанных аппаратно-программного измерительного комплекса (АПИК) и метода оценки цвета муки с пиксельным подсчетом неэндоспермных «вкраплений» [7] на этапах производства муки и производства макаронных изделий из муки, выработанной из твердой пшеницы, позволяет своевременно принять меры по улучшению качества муки и изделий из нее за счет:

- изменения режимов подготовки зерна к помолу, дополнительной очистки зерна от примесей, испорченных зерен, обогащения крупок при помоле;
- направленного улучшения качества и внешнего вида макаронных изделий с использованием технологических приемов (например, дополнительное просеивание), либо использование различных ингредиентов: томат-паста, шпинат, чернила каракатицы, изменяющих цвет изделий.


Литература
1. Разработать и внедрить фотометрические приборы для контроля качества хлебопродуктов и хлеба: Отчет о НИР ВНИИЗ; Руководитель Штейнберг Т.С. – М., 1990. – 96 с.
2. Провести исследование по совершенствованию методов определения показателей качества макаронной муки из твердых и мягких сортов пшениц: Отчет о НИР ВНИИХП; Руководитель Калинина М.А. – IV ГР 01.86.0 – 093628. – М., 1986. – 137 с.
3. Шнейдер Т.И. Разработка национального стандарта на муку для макаронных изделий. [Текст]/ Т.И. Шнейдер, Н.К Казеннова, Д.В. Шнейдер // Хлебопродукты, 2007 №4. – С 48-49
4. Казеннова Н. К. Методологические и технологические аспекты регулирования качества макаронных изделий // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук,/ Москва 2009
5. ГОСТ 32197 – 2013 «Изделия макаронные. Методы определения цвета и потемнения на трехкоординатном колориметре»
6. ГОСТ Р 52668-2006 «Мука из твердой пшеницы для макаронных изделий. Технические условия».
7. Штейнберг, Т.С. О разработке инструментального метода оценки цвета муки, выработанной из твердой пшеницы для макаронных изделий / Т.С. Штейнберг, Л.И. Семикина, О.Г. Шведова, О.В. Морозова // Хлебопродукты. – 2014. – № 1. – С.56– 60.
 
 

---