Кондиционирование твердой пшеницы при получении пшеничной недробленой крупы
Аннотация. Изучены физические показатели зерна твердой пшеницы, выращенного в условиях РБ. Представлена комплексная оценка технологических свойств зерна твердой пшеницы как сырья для крупяного производства. Подобраны оптимальные режимы холодного кондиционирования твердой пшеницы при производстве пшеничной недробленой крупы.
Abstract. Physical indicators of the grain of durum wheat which is grown in the conditions of RB are studied. Complex assessment of technological properties of grain durum wheat of as raw materials for cereal industry is presented. The optimal conditions of cold conditioning durum wheat in obtaining wheat nonbroken cereals.
Всемирная организация здравоохранения приводит данные, что длительность жизни человека и его здоровье в наибольшей степени зависит от системы питания и образа жизни. Поэтому те, кто следит за своим здоровьем, питается натуральными продуктами, содержащими растительный белок, углеводы и микроэлементы. Зерновые культуры занимают главное место в списках функциональных продуктов диетологов всего мира. Основу данной группы продуктов составляют натуральные крупы.
Каши издревле были основным блюдом. Злаковые культуры абсолютно справедливо считались полезными и питательными для организма. Исследования ученых в последние годы только подтвердили мудрость предков. Твердая пшеница является превосходным сырьем для получения продуктов питания этой группы. Все дело в том, что этот злак богат
белком и сложными углеводами. Крахмал эндосперма имеет низкую биологическую доступность, соответственно медленное расщепление в организме человека. Благодаря чему продукты из твердой пшеницы обладают высокой пищевой ценностью и могут широко использоваться для диетического питания.
В большей мере твердая пшеница известна как сырье для макаронного производства, а также производства нескольких видов дробленых круп (Полтавская и Артек, Могилевская, Булгур, Кус-кус). Однако при всей ценности зерна твердой пшеницы при получении перечисленных видов круп наблюдается низкий выход готовой продукции – порядка 60–63%. Кроме того, активно разрушается белково-углеводная матрица эндосперма, что значительно повышает гликемический индекс при употреблении каш из таких круп. В этой связи большой интерес представляет получение недробленой крупы, производство которой позволит максимально сохранить эндосперм целым.
В последние годы в различных странах мира, в том числе и в Республике Беларусь большое внимание уделяется селекции и выращиванию твердой пшеницы. Прошли испытания и внесены в госреестр Республики Беларусь два сорта итальянской селекции (Ириде и Меридиано), два сорта белорусской селекции (Славица и Розалия) и три сорта российской селекции (Агат Донской, Аксинит, Амазонка).
Известно, что технологические свойства зерна в значительной степени определяются природно-климатическими условиями выращивания.
Поэтому особую актуальность приобретают комплексные исследования качества твердой пшеницы, выращенной в РБ, с позиции переработки в крупу. Решение данной проблемы состоит в выявлении особенностей технологических свойств твердой пшеницы белорусского производства, а также в разработке рациональных режимов переработки и получения высококачественного сырья для крупяной промышленности. Поэтому одной из задач данной работы является исследование качества твердой пшеницы, выращенной в условиях РБ как сырья для крупяной промышленности.
Объектами исследования были 15 сортов твердой пшеницы: урожая 2015 года – Толеса, Славица, Розалия, Дуняша, Валента, урожая 2016 года – Аксинит, Амазонка, Агат Донской, Славица, урожая 2017 года – Толеса, Розалия, Валента, Дуняша, выращенное на опытных сортоиспытательных участках УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», а также сорта Дуняша (КФХ) и Славица (КФХ), выращенные на полях крестьянско-фермерского хозяйства в Могилевской области.
Для решения вопроса о возможности переработки твердой пшеницы на крупозаводах республики с высокой эффективностью и получения из нее крупы пшеничной недробленой на первом этапе исследовали технологические свойства зерна.
В крупяном производстве для повышения эффективности переработки зерна большое значение имеет его геометрическая характеристика, которая определяется линейными размерами зерновки, крупностью, выравненностью,
сферичностью. Результаты исследования линейных размеров, крупности, выравненности, сферичности образцов твердой пшеницы представлены в таблице 1.
Анализ полученных данных показал, что зерновка твердой пшеницы имеет вытянутую заостренную форму. Длина зерновок исследуемых сортов изменяется в пределах от 6,90 до 8,10 мм. У основной массы зерновок исследуемых образцов толщина находится на уровне 2,79–3,24 мм, ширина на уровне 2,85–3,21 мм. Следует отметить, что ширина и толщина зерновок в большинстве практически одинаковы, что позволит при переработке партий такого зерна одинаково эффективно использовать как круглые, так и продолговатые сита.
Сферичность исследуемых сортов колеблется в пределах 0,59–0,67, что значительно ниже сферичности мягкой пшеницы, т.к. зерновка твердой пшеницы имеет вытянутую форму.
Совокупность линейных размеров зерна называют крупностью. Чем крупнее зерно, тем выше потенциальный выход крупы. Как видно из таблицы 1, крупность зерна изменяется в пределах от 72,22 до 90,63 %. Все сорта можно охарактеризовать как крупные и отнести к первой группе по крупности, т.к. остаток на сите 2,5х20 по всем сортам составлял не менее 60 %.
Таблица 1
Геометрическая характеристика твердой пшеницы
Сорт |
Длина зерновки, мм |
Толщина зерновки,
мм |
Ширина зерновки, мм |
Сферичность |
Крупность (остаток на сите 2,5×20), % |
Выравненность, % |
Урожай 2015 г. |
Толеса |
7,56±0,55 |
2,80±0,4 |
2,85±0,55 |
0,61 |
72,22 |
76,3 |
Дуняша |
7,42±0,61 |
3,01±0,40 |
3,04±0,30 |
0,63 |
73,33 |
73,2 |
Славица |
7,79±0,60 |
3,21±0,35 |
3,21±0,35 |
0,64 |
80,58 |
79,3 |
Валента |
7,41±0,40 |
3,11±0,45 |
3,07±0,70 |
0,63 |
81,37 |
78,4 |
Розалия |
7,22±0,40 |
3,24±0,40 |
3,10±0,45 |
0,65 |
75,50 |
79,1 |
Урожай 2016 г. |
Аксинит |
7,00±0,27 |
2,79±0,17 |
3,20±0,22 |
0,64 |
84,36 |
83,3 |
Амазонка |
6,90±0,27 |
2,80±0,12 |
3,15±0,18 |
0,63 |
84,69 |
83,6 |
Агат
Донской |
6,90±0,39 |
3,11±0,12 |
3,20±0,22 |
062 |
85,65 |
84,1 |
Славица |
7,10±0,22 |
3,10±0,16 |
3,17±0,18 |
0,67 |
77,14 |
78,3 |
Урожай 2017 г. |
Толеса |
8,1±0,30 |
2,9±0,21 |
2,9±0,22 |
0,59 |
88,67 |
88,6 |
Розалия |
7,7±0,30 |
3,1±0,22 |
3,0±0,24 |
0,61 |
83,97 |
82,1 |
Валента |
7,5±0,31 |
3,1±0,18 |
3,0±0,26 |
0,62 |
88,23 |
86,3 |
Дуняша |
7,3±0,31 |
3,5±0,51 |
3,3±0,32 |
0,63 |
86,68 |
85,2 |
Дуняша (КФХ) |
7,5±0,40 |
3,0±0,25 |
3,1±0,26 |
0,61 |
88,67 |
85,5 |
Славица (КФХ) |
7,7±0,50 |
3,1±0,26 |
3,2±0,31 |
0,63 |
90,63 |
89,6 |
Стабильность технологического процесса получения крупы, а также обеспечение высокого выхода и качества крупы в значительной степени зависят от выравненности зерна по размерам. Для определения показателя выравненности зерна проводился ситовой анализ, в результате которого было установлено, что все сорта содержат в большем количестве фракции зерна, полученные сходами двух смежных сит с размером ячеек 2,5×20 мм и 3,0×20 мм. Большую часть образцов можно отнести группе с высокой выравненностью (более 80 %), остальные относятся к средней группе выравненности (70–80 %). Достаточно высокая выравненность исследуемых образцов положительно скажется на процессах шелушения и шлифования, потенциально снизится выход дробленого ядра и мучки.
Технологическое значение при переработке зерна в крупу имеют такие показатели зерна как: натура, стекловидность, масса 1000 зерен, плотность и объем зерновки, характеризующие качество зерна и влияющие на выбор технологических режимов переработки. Результаты исследования физических показателей качества твердой пшеницы представлены в таблице 2.
Одним из основных показателей качества, определяющих классность зерна твердой пшеницы, является натура. Данный показатель при прочих равных условиях определяет выход продукции. Результаты исследований показали, что натура исследуемых образцов изменяется в широких пределах (от 755 до 804 г/л) в зависимости от сорта и года выращивания. Все образцы твердой пшеницы 2015 и 2017 годов урожая отличаются более высокой натурой и характеризуются как высоконатурное зерно пшеницы. Образцы твердой пшеницы 2016 года можно отнести к средней категории по данному показателю (натура в среднем 755 г/л). В целом, натура всех образцов достаточно высокая, по данному показателю все сорта относятся к зерну твердой пшеницы 1 либо 2 класса, согласно ГОСТ 9353–90.
Таблица 2
Физические показатели качества твердой пшеницы
Сорт |
Натура,
г/л |
Стекловидность,
% |
Масса 1000
зерен, г |
Плотность, г/см³ |
Объем зерновки, мм3 |
Урожай 2015 г. |
Толеса |
788 |
92 |
40,1 |
1,35 |
28,0 |
Дуняша |
796 |
94 |
41,0 |
1,35 |
31,0 |
Славица |
804 |
96 |
45,9 |
1,38 |
33,0 |
Валента |
803 |
95 |
44,7 |
1,37 |
34,0 |
Розалия |
797 |
93 |
42,8 |
1,36 |
31,8 |
Урожай 2016 г. |
Аксинит |
755 |
93 |
37,8 |
1,31 |
27,1 |
Амазонка |
759 |
85 |
38,1 |
1,30 |
27,8 |
Агат Донской |
756 |
96 |
37,4 |
1,34 |
29,8 |
Славица |
747 |
76 |
34,2 |
1,28 |
30,2 |
Урожай 2017 г. |
Толеса |
792 |
96 |
40,1 |
1,37 |
30,8 |
Розалия |
781 |
97 |
39,3 |
1,40 |
30,3 |
Валента |
791 |
98 |
39,8 |
1,39 |
31,4 |
Дуняша |
801 |
96 |
43,7 |
1,38 |
32,4 |
Дуняша (КФХ) |
762 |
87 |
38,5 |
1,32 |
31,7 |
Славица (КФХ) |
802 |
88 |
43,9 |
1,34 |
32,1 |
Одним из основных достоинств твердой пшеницы является ее высокая стекловидность. Учитывая, что стекловидность зерна оказывает основное влияние на его структурно-механические свойства, характеризует степень связи белковых веществ с крахмальными зернами, высокостекловидное ядро меньше дробится в процессе шелушения и шлифования и потенциально дает более низкий выход дробленого ядра и мучки, а консистенция эндосперма существенно влияет на потребительские свойства крупы.
Анализ качества зерна показал, что исследуемые образцы имеют в основном высокую стекловидность 85–98 % и по данному показателю соответствуют 1 классу твердой пшеницы, за исключением сорта Славица урожая 2016 года (стекловидность 76 %), который относится к 3 классу.
Масса 1000 отражает крупность, зрелость и плотность структуры зерна. Масса 1000 зерен исследуемых сортов изменяется от 34,2 до 45,9 г. Показатель объем зерновки имеет значение при определении режимов очистки и переработки зерна, а также величины выхода готовой продукции, у исследуемых сортов изменяется в пределах от 27 до 34 мм
3. Исследование показателя плотности зерновки, комплексно характеризующей и суммарно отражающей объемную массу, химический состав, стекловидность, степень зрелости и выполненности зерна, показало, что у исследуемых сортов плотность колеблется в пределах от 1,28 до 1,38г/см³. Отмечено, что образцы 2016 года обладают несколько меньшими показателями массы 1000 зерен, объема и плотности зерновки по сравнению с другими исследованными образцами.
Таким образом, комплексное исследование сортов твердой пшеницы, выращенной в условиях РБ, показало, что все сорта обладают крупным, достаточно выравненным зерном, стекловидность, натура и масса 1000 зерен, которых находится на среднем уровне для твердой пшеницы, выращенной в традиционных регионах возделывания. Исследованные сорта твердой пшеницы, независимо от года выращивания, обладают высокими технологическими свойствами и относятся к твердой пшенице 1 и 2 класса (согласно ГОСТ 9353–90), полностью удовлетворяют требованиям качества крупяного сырья, поступающего в подготовительное отделение крупозавода.
Одним из основных этапов при переработке зерна в крупу является процесс гидротермической обработки (ГТО) зерна. Главной задачей гидротермической обработки является направленное изменение технологических свойств зерна с целью обеспечения оптимальных условий для процесса шелушения, повышения значительного выхода крупы за счет сохранения целостности эндосперма и облегчения удаления наружных оболочек зерна, повышения потребительских достоинств крупы при сохранении ее биологической ценности, увеличения стойкости при хранении. Обзор специальной литературы показал, что сведения об изучении процесса ГТО твердой пшеницы, выращенной в РБ, при получении недробленой крупы отсутствуют.
Оптимизация процесса ГТО зерна и установление оптимальных параметров холодного кондиционирования твердой пшеницы, выращенной в условиях РБ, при получении недробленой крупы был реализован план двухфакторного эксперимента с двумя взаимодействиями. В качестве параметра оптимизации был выбран технологический коэффициент К, представляющий собой отношение выхода целого шелушенного ядра к его зольности. Данный коэффициент в полной мере отражает количественные (выход) и качественные (зольность) характеристики процесса.
При планировании эксперимента в качестве факторов были выбраны влажность (W) и длительность отволаживания (Т). Данные характеристики полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к факторам – являются управляемыми, операциональными и однозначны. Так как одновременно изменяются оба фактора, была проверена совместимость факторов. Установлено, что выбранные факторы совместимы и между ними отсутствует корреляционная зависимость.
Из априорной информации были выбраны исходные точки для построения плана эксперимента и интервалы варьирования для первого и второго фактора, которые представлены в таблице 3. В соответствии с основными характеристиками исследуемых факторов получена матрица планирования эксперимента, на основании которой проведен эксперимент. Полученные экспериментальные значения технологического коэффициента для каждого варианта подвергалось математической обработке методом регрессионного анализа – двухфакторного эксперимента с двумя взаимодействиями.
Таблица 3
Исходные данные для построения плана эксперимента
Условия планирования |
Влажность зерна (W), % |
Длительность
отволаживания
(Т), час |
Основной уровень |
15,5 |
12 |
Интервал варьирования |
1,5 |
11 |
Верхний уровень |
17,0 |
24 |
Нижний уровень |
14,0 |
1 |
Реализация центрального композиционного плана второго порядка позволила получить уравнение регрессии зависимости технологического коэффициента от влажности и длительности отволаживания, адекватно описывающее в стандартизированных переменных зависимость исследуемого показателя качества от выбранных факторов. Карта Парето позволила установить незначимые коэффициенты и упростить первоначальный вид уравнения модели:
K = -121,67 + 23,00*W + 0,85×T - 0,70×W2 - 0,014*T2
Графически модель влияния факторов на параметр оптимизации представлена в виде поверхности отклика и контурного графика проекции поверхности отклика изменения технологического коэффициента в зависимости от влажности и длительности отволаживания твердой пшеницы при получении крупы пшеничной недробленой (рисунки 1, 2).
Рисунок 1 – График поверхности отклика
Рисунок 2 – Контурный график поверхности отклика
В результате изучения поверхности отклика методом планирования был установлен глобальный максимум процесса, характеризующий следующие оптимальные режимы холодного кондиционирования твердой пшеницы при получении пшеничной недробленой крупы – влажность 15,8–16,5%; длительность отволаживания – 7–8 часов.
Таким образом, представлена комплексная характеристика технологических свойств 15 образцов твердой пшеницы, выращенной в условиях Республики Беларусь, показала, что зерно крупное и достаточно выравненное, стекловидность, натура и масса 1000 зерен находятся на среднем уровне для твердой пшеницы, выращенной в традиционных регионах возделывания. Все исследованные образцы твердой пшеницы, независимо от года произрастания, обладают высокими технологическими свойствами и полностью удовлетворяют требованиям крупяного сырья.
В результате исследования было установлено, что при подготовке твердой пшеницы к процессу шелушению при производстве пшеничной недробленой крупы целесообразно проводить этап холодного кондиционирования при следующих режимах: влажность зерна – 15,8–16,5 %; длительность отволаживания – 7–8 часов.
Литература
1. Гинзбург, М. Е. Технология крупяного производства / М.Е. Гинзбург. – 4-е изд., доп. и перераб. – М.: Колос, 1981. – 208 с.
2. Егоров, Г.А. Технология муки. Технология крупы / Г.А. Егоров. – М.: Колос, 2005. – 296 с.
Косцова И.С., канд техн. наук, доцент; Лысенкова А.И., аспирант
Учреждение образования «Могилевский государственный
университет продовольствия», г. Могилев