Исследование процесса обогащения крупок при сортовом помоле зерна тритикале
Введение. Актуальные направления развития мукомольного производства включают как совершенствование технологий переработки традиционных культур (пшеница и рожь), так и разработку новых технологий переработки нетрадиционных культур, таких как тритикале. Конечная цель развития отрасли заключается в разработке новых и совершенствования традиционных технологий и создании продуктов переработки зерна с заданным составом и свойствами.
Технологические свойства зерна тритикале сравнительно мало изучены, что объясняет отсутствие промышленной переработки тритикале на мукомольных заводах для продовольственных целей. Во ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки» проводятся фундаментальные и прикладные исследования по разработке основных способов управления технологическими процессами подготовки и размола зерна различных культур с целью получения продуктов с заданным химическим составом и свойствами [1-6]. Так, на примере переработки зерна тритикале в муку и крупу, определены оптимальные режимы гидротермической обработки зерна тритикале перед помолом в хлебопекарную муку [7]. Разработаны принципы формирования стабильных потоков муки из различных анатомических частей зерновки, что позволяет формировать различные сорта муки и номера крупы с заданным составом и свойствами. На основании этих принципов впервые в РФ разработаны межгосударственные стандарты на муку и крупу из продовольственного зерна тритикале. Применение разработанных технологий позволяет получать такие продукты из зерна тритикале как: сортовая хлебопекарная мука, крупа целая и номерная, хлопья, крупа типа «манной», крупка для макаронных изделий и др. [8-11].
Цель исследований – изучение процессов обогащения на ситовеечных машинах крупок, полученных на первых трех драных крупообразующих системах, при сортовом помоле зерна тритикале.
Материалы и методы исследования. Объектами проведенных исследований служили сорта тритикале урожая 2016 года «Александр», «Валентин» и «Водолей», созданные на кафедре селекции и семеноводства полевых культур и селекционной станции им. П.И. Лисицина РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Диапазон значений показателей качества исследуемых проб представлен в таблице 1. Поскольку исследуемые образцы зерна тритикале не содержали сорную и зерновую примеси, технологический процесс подготовки зерна тритикале к помолу включал только гидротермическую обработку: зерно увлажняли до 14-15% и отволаживали в течение 10 часов [7]. Технологический процесс размола зерна тритикале включал 4 драных, 3 ситовеечных, 2 шлифовочных и 6 размольных систем. Измельчение осуществляли на размоло-сортирующем агрегате РСА-4 и РСА-5. Просеивание измельченного продукта проводили на лабораторном рассеве. Обогащение промежуточных продуктов размола зерна тритикале осуществляли на лабораторной ситовеечной машине. Параметры и режимы измельчения соответствовали рекомендованным «Правилам организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах» для сортовых помолов пшеницы по сокращенной технологической схеме.
Таблица 1 – показатели качества исходного зерна тритикале
Сорт
Тритикале |
Показатели качества |
Масса 1000
зерен, г |
Стекловид-
ность, % |
Натура,
г/л |
Зольность, % |
Влажность, % |
«Александр»
2016 г. |
41,7 |
40 |
736 |
1,87 |
11,2 |
«Валентин»
2016 г. |
47,7 |
55 |
752 |
1,98 |
11,6 |
«Водолей»
2016 г. |
49,2 |
67 |
781 |
1,76 |
11,8 |
Результаты и обсуждения. Анализ состава промежуточных продуктов предусматривал, во-первых, классификацию частиц по содержанию эндосперма, во-вторых, оценку их количества.
Классификация по содержанию эндосперма промежуточных продуктов предусматривала 3 – класса. Первый класс – крупки, частицы, состоящие из эндосперма; второй класс – сростки, т.е. частицы, состоящие из преимущественно из эндосперма и небольшого включения оболочек; третий класс – сходовый продукт, частицы, преимущественно состоящие из оболочек. Оценка проводилась визуально.
Определение количества частиц различных классов проводили следующим образом. Смесь частиц определенного класса равномерно в один слой распределяли на ровной, хорошо освещенной белой поверхности. Подсчет частиц производили на площади 1 см
2 (площадка 1х1 см), используя текстильную лупу 7
х. Количество выборок сформированных таким образом составляло не менее 7. Определение необходимого объема измерений проводили на основании статистического анализа.
Количество частиц в выборке варьировали в широком диапазоне, однако, для фракции 900/560 количество частиц от 15 до 55 штук, для фракций 560/355 и 355/250 количество частиц в выборке от 35 до 150 штук (см. рисунок 1 и 2).
А Б
Рисунок 1 – Зависимость содержания крупок 1 др с сорта Александр от объема выборки. А –фракция 560/355; Б – фракция 900/560
А Б
Рисунок 2 – Зависимость содержания крупок фракции 355/250 от объема выборки А - сорт Валентин, Б - сорт Александр
Статистический анализ показал независимость содержания крупок от объема выборки. Коэффициент корреляции менее 1%. Таким образом, данный способ оценки содержания частиц различных классов дает объективную информацию.
На рисунке 3 показано изменение средневзвешенной величины содержания крупок от количества частиц. Данные показывают, что стабилизация показателя концентрации крупок достигается при общем количестве частиц более 700.
Рисунок 3 – Зависимость содержания крупок от общего количества частиц
Визуальный осмотр фракций промежуточных продуктов показал, что вне зависимости от сорта зерна, крупная крупка (900/560) II др. с. и средняя крупка (560/355) III др. с. содержат незначительное количество частиц эндосперма. Это подтверждается показателем зольности данных фракций. Зольность фракции 900/560 III др.с. варьировала от 2,29 до 2,94%. Зольность фракции 560/355 для III др.с. от 2,50 до 3,31%. Целесообразность обогащения крупок в ситовеечных машинах имеет смысл при концентрации «чистых» крупок более 50%. По этой причине был проведен предварительный анализ состава фракции 900/560 II др. с. и 560/355 III др. с. и определены концентрации крупок, сростков и сходовых продуктов. Результат такого анализа представлен ниже.
Средневзвешенное значение (медиана) состава фракции 900/560 – II др. с.:
Крупки – 28,3% (27,7%); Сростки – 58,7%; Сходовый продукт – 13,3%.
Средневзвешенное значение (медиана) состава фракции 560/355 – III др.с.:
Крупки – 42,0%; Сростки – 50,4%; Сходовый продукт – 7,6%.
Таким образом, фракции 900/560 II др. с. и 560/355 III др. с. нецелесообразно направлять на обогащение в ситовеечные машины. Соответственно, при проведении последующих помолов данные фракции объединяли со сходовыми продуктами соответствующих систем. Качественный анализ состава различных фракций представлен в таблице 2.
Таблица 2 – Качественный состав фракции 900/560 продуктов размола I др. с.
Сорт тритикале |
Система |
Крупки, % |
Сростки, % |
Сход, % |
Сростки/сход |
Александр |
1 др. с. |
56,8 |
22,3 |
20,9 |
1,07 |
Валентин |
1 др. с. |
65,7 |
19,6 |
14,7 |
1,33 |
Водолей |
1 др. с. |
77,4 |
11,7 |
10,9 |
1,07 |
Таблица 3 – Качественный состав фракции 560/355 продуктов размола I-II др. с.
Сорт тритикале |
Система |
Крупки, % |
Сростки, % |
Сход, % |
Сростки/сход |
Александр |
1 др. с. |
54,6 |
33,1 |
12,3 |
2,69 |
2 др. с. |
81,5 |
14,6 |
3,9 |
3,74 |
Валентин |
1 др. с. |
78,5 |
13,6 |
7,9 |
1,72 |
2 др. с. |
87,2 |
9,1 |
3,7 |
2,46 |
Водолей |
1 др. с. |
75,6 |
19,5 |
8,5 |
2,29 |
2 др. с. |
92,5 |
5,5 |
2,0 |
2,75 |
Таблица 4 – Качественный состав фракции 355/250 продуктов размола I -III др. с.
Сорт тритикале |
Система |
Крупки, % |
Сростки, % |
Сход, % |
Сростки/сход |
Александр
|
1 др. с. |
71,8 |
20,7 |
7,5 |
2,76 |
2 др. с. |
81,6 |
10,0 |
5,4 |
1,85 |
3 др. с. |
74,8 |
18,4 |
6,8 |
2,71 |
Валентин |
1 др. с. |
75,9 |
16,3 |
7,8 |
2,09 |
2 др. с. |
86,3 |
9,9 |
7,8 |
1,27 |
3 др. с. |
82,7 |
13,1 |
5,2 |
2,52 |
Водолей |
1 др. с. |
87,0 |
10,0 |
3,0 |
3,33 |
2 др. с. |
91,0 |
6,7 |
2,3 |
2,91 |
3 др. с. |
83,5 |
12,0 |
4,5 |
2,67 |
Сопоставляя качественные характеристики различных фракций драных систем, можно заключить, что промежуточные продукты размола зерна сорта тритикале «Вокализ» являются наилучшими по содержанию крупок, а сорт «Александр» по этому показателю наихудшим. Это различие может быть объяснено различием исходных сортов тритикале по стекловидности.
Из таблиц 3 и 4 следует, что наилучшими показателями обладали крупки II др. с. Как правило, фракция 355/250 содержала крупок несколько больше, чем в других фракциях, что подтверждает общее правило формирования промежуточных продуктов размола. Для фракции 900/560 характерно значительное содержание сходовых продуктов. Среднее значения отношения сростки/сход составило 1,15. Для фракции 560/355 это отношение составило – 2,61 и для фракции 355/250 – 2,54.
Таким образом, установлено высокое содержание крупок в промежуточных продуктах сортового помола зерна тритикале. На основании чего, можно сделать вывод о целесообразности их извлечения.
В итоге это позволит:
- увеличить выход муки высоких сортов;
- получать крупки типа манной;
- получать крупки для макаронных изделий.
Эффективность ситовеечного процесса при обогащении крупок драных систем представлена в таблице 5. Коэффициент обогащения промежуточных продуктов размола тритикале сорта «Александр» составил: для крупной крупки – 67,6%, для средней крупки – 67%, для мелкой крупки – 63,8%; сорта «Валентин» - для крупной крупки – 68%, для средней крупки – 69%, для мелкой крупки – 62%; сорта «Водолей» - для крупной крупки – 71%, для средней крупки – 67%, для мелкой крупки – 74%.
Таблица 5 – Обогащение крупок драных систем
Фракция, мкм |
Выход/зольность крупок, % |
сорт «Александр» |
сорт «Валентин» |
сорт «Водолей» |
до С/В |
после С/В |
до С/В |
после С/В |
до С/В |
после С/В |
900/560 |
12,8/1,08 |
9,1/0,73 |
22,6/1,14 |
17,9/0,78 |
22,4/0,93 |
18,3/0,66 |
560/315 |
22,6/0,97 |
17,2/0,65 |
26,4/1,03 |
22,3/0,71 |
27,6/0,85 |
21,6/0,57 |
315/220 |
8,1/0,80 |
4,7/0,51 |
9,9/0,86 |
7,4/0,53 |
9,5/0,74 |
7,0/0,55 |
Всего |
43,5 |
31,0 |
58,9 |
47,6 |
59,5 |
46,9 |
Эффективность, % |
71,0 |
80,8 |
78,8 |
Подтверждение эффективности обогащения промежуточных продуктов драных систем было получено по результатам лабораторных помолов. На рисунке 4 представлены кумулятивные кривые зольности муки сортов тритикале «Александр», «Валентин» и «Водолей».
Рис. 4 - Кумулятивные кривые зольности муки
1- сорт «Александр», 2 – сорт «Валентин», 3 – сорт «Водолей»
Высокая стекловидность зерна сорта «Водолей» и низкая зольность обеспечили высокий результат помола. Так, в результате переработки был получен выход муки 65% при зольности 0,55%.
Результат помола зерна сорта «Александр» уступал другим сортам, что связано с низкой крупообразующей способностью данного зерна.
Сопоставляя результата помола зерна тритикале по развитой технологической схеме, включавшей ситовеечный и шлифовочный процессы с результатами помолов по сокращенной схеме, можно констатировать увеличение выхода низкозольной муки на 20 - 35 %.
Выводы. Таким образом, по результатам проведенных исследований можно заключить, что обогащение крупок драных систем сортового помола зерна тритикале характеризуется высокой эффективностью.
Установлено высокое содержание крупок в промежуточных продуктах сортового помола зерна тритикале, на основании чего, можно сделать вывод о целесообразности их извлечения.
Применение ситовеечных машин при сортовом помоле зерна тритикале позволит увеличить выход муки высоких сортов, получать крупки типа «манной», получать крупки для макаронных изделий.
Литература
- Витол И.С. Белково-протеиназный комплекс зерна тритикале / И.С. Витол, Г.П. Карпиленко, Р.Х. Кандроков, А.А. Стариченков, А.И. Коваль, Н.С. Жильцова // Хранение и переработка сельхозсырья - 2015. - № 8. - с. 36.
- Чиркова, Л.В. Тритикале: 140 лет истории. От зерна к муке / Л.В. Чиркова, Р.Х. Кандроков, Г.Н. Панкратов // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2015. - № 9. - с. 8.
- Витол, И.С. Биохимическая характеристика новых сортов тритикалевой муки / И.С. Витол, Е.П. Мелешкина, Р.Х. Кандроков, И.А. Вережникова, Г.П. Карпиленко // Хлебопродукты. – 2016. – № 2. – С. 42-44.
- Панкратов, Г.Н. Исследование процесса измельчения зерна тритикале / Г.Н. Панкратов, Р.Х. Кандроков, Е.В. Щербакова // Хлебопродукты. – 2016. – № 10. – С. 59-61.
- Зверев, С.В. Влияние степени шлифования зерна тритикале на показатели качества крупы / С.В. Зверев, И.А. Панкратьева, О.В. Политуха, И.С. Витол, Н.А. Игорянова // Хлебопродукты. – 2017. – № 1. – С. 54-55.
- Витол, И.С. Ферментативная модификация муки тритикале с использованием протеолитических ферментных препаратов / И.С. Витол, Г.П. Карпиленко // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2015. – № 9. – С. 17-22.
- Кандроков, Р.Х. Влияние ГТО на выход и качество тритикалевой муки / Р.Х. Кандроков, А.А. Стариченков, Т.С. Штейнберг // Хлебопродукты. - 2015. - № 1. - с. 64.
- Панкратов, Г.Н. Технологические свойства новых сортов тритикалевой муки / Г.Н. Панкратов, Е.П. Мелешкина, Р.Х. Кандроков, И.С. Витол // Хлебопродукты. – 2016. –№ 1. – С. 60-62.
- Кандроков, Р.Х. Технология переработки зерна тритикале в крупу типа «манная» / Р.Х. Кандроков, Г.Н. Панкратов // Хлебопродукты. – 2017. – № 1. – С. 52-53.
- Зверев, С.В. Производство хлопьев из зерна тритикале / С.В. Зверев, И.А. Панкратьева, О.В. Политуха, // Хлебопродукты. – 2015. – № 9. – С. 54-55.
- Панкратьева, И.А. Крупа из зерна ржи и тритикале / И.А. Панкратьева, Л.В. Чиркова, О.В. Политуха // Хлебопродукты. – 2017. – № 2. – С. 58-59.
Д-р техн. наук, профессор Г.Н. Панкратов; канд. техн. наук Р.Х. Кандроков
Статья опубликована в журнале:
Пищевая промышленность. – 2017. - №7. – С.30-33.