Введение к работе
Актуальность темы. Российская Федерация в силу сложившихся климатических условий относится к регионам рискованного рисопроизвод-ства. Погодные условия период уборки урожая обусловливают поступление более 80 % заготовляемого зерна риса с влажностью выше критической, которое требует незамедлительной и эффективной послеуборочной обработки. Тепловая сушка не всегда возможна из-за неравномерности поступления зерна на хлебоприемные предприятия и недостатка энергоносителей. Кроме этого она приводит к повреждению эндосперма зерновки, в результате чего выход высококачественной крупы снижается. Применение активного вентилирования, охлаждения и хранения риса- зерна в регулируемых газовых средах в настоящее время нецелесообразно ввиду дороговизны энергетических ресурсов.
В сложившихся условиях одним из эффективных и приемлемых способов предупреждения порчи влажного зерна риса при его временном хранении является химическая консервация низкомолекулярными органическими кислотами, в том числе пропионовой кислотой (ПК), которые надеж-.но подавляют развитие микроорганизмов, предупреждают самосогревание и порчу зерна, но при относительно больших дозах они вызывают потерю жизнеспособности зерновок, снижая тем самым их стойкость при хранении, и нежелательны с экологической, медицинской и экономической точек зрения.
В связи с этим биохимическое обоснование применения минимальных, но обеспечивающих сохранность зерна доз консервантов и разработка эффективных способов их внесения в обрабатываемое зерно является актуальной задачей для рисоперерабатывающих предприятий, решение которой позволит не только сохранить зерно, но и в ряде случаев исключить из технологического процесса послеуборочной обработки риса-зерна тепловую сушку.
Цель и задачи исследования. Цель работы - изучение физиоло-
го-биохимических процессов, происходящих в зерновке риса повышенной
влажности при хранении под влиянием различных доз пропионовой кисло
ты в сочетании с физическими воздействиями. Задачи исследования в этой
области включали: ,>
- определение минимальной, но эффективной дозы консервантов
'различных типов; выбор базового консерванта;
изучение влияния минимальных доз пропионовой кислоты на фи-зиолого-биохимвмеские и микробиологические процессы, происходящие в зерновой массе при хранении;
изучение воздействия физических факторов в сочетании'с пропионовой кислотой на состояние зерна при хранении и его технолопічєские свойства;
разработка, испытание и производственная проверка способов физико-химической консервации зерна риса и устройств для введения в зерновую массу минимальных доз пропионовой кислоты;
- исследование возможности и целесообразности использования
вторичных продуктов переработки консервированного риса-зерна для
улучшения качества и стабилизации хлебобулочных изделий при хранении;
- исследование и разработка способов удаления консерванта из зер
на, обработанного пропионовой кислотой, и методов определения остаточ
ного количества пропионовой кислоты в рисе-зерне и продуктах его пере
работки;
- разработка нормативной документации на технологию физико-
химической консервации влажного зерна риса, рис-зерно, консервирован
ный пропионовой кислотой, и рисовую крупу, получаемую из консервиро
ванного риса-зерна.
Научная новизна. Впервые выявлены биохимические и физиолого-биохимические изменения, происходящие в зерновке риса надкритической влажности под влиянием различных способов введения в зерновую массу минимальных доз пропионозой кислоты в виде водных растворов и паров , а также под влиянием совместного воздействия на зерновую массу пропионовой кислоты и ультразвука, пропионовой кислоты и электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Результаты проведенных исследований позволяют приблизиться к объяснению механизма фунгицидного и бактерицидного действия пропионовой кислоты и его влияния на биохимические процессы, происходящие в клетках зерновки, свидетельствующие о возможности завершения консервированным зерном послеуборочного дозревания.
Разработано и запатентовано 5 способов внесения консервантов с зерновую массу [10, 12-15] и устройство для их осуществления [11]; разработан и запатентован способ производства хлебобулочных изделий, основанный на применении вторичных продуктов переработки консервированного риса-ззрна [18].
Пргхтическоя значимость. Определена оптимальная эффективная концентрация пропионовой кислоты при использовании разбавленного водой консерванта, гарантирующая сохранение зерна риса повышенной влажности. Предложена технология хранения продовольственного зерна риса надкритической влажности, производственная проверка которой позволила увеличить выход рисовой крупы на 7,3%, а целого ядра - на 2,1% по сравнению с расчетным. Экономический эффект от внедрения в производство данной технологии составляет от 50 до 100 тыс. р. на 1 тонну риса. Новизна и прикладная значимость работы подтверждена выдачей 7 положительных решений ВНИИГПЭ о выдаче патентов РФ на изобретения.
Апробация работы. Публикации. Основные результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях молодых ученых в Кубанском государственном аграрном университете (г.Краснодар, май, 1995 г.) в Южном отделении института Океанологии РАН (г.Геленджих, ноябрь, 1995 г.) на заседании Краснодарского отделения Всероссийского биохимического общества РАН (г.Краснодар, октябрь, 1995 г.), на международной конференции "Современное состояние хранения зерна" (г.Москва, июнь, 1996 г.), а также на научно-техническом совете
ОАО "Полтавский комбинат хлебопродуктов" (ст-ца Полтавская, Краснодарского края, апрель 1997 г.).
Данная работа отмечена Дипломами 2 и 3 степени на.конференциях молодых ученых Кубани в 1995 г., Дипломом 1 степени и первой премией Департамента образования и науки Администрации Краснодарского края по итогам краевого конкурса "На лучшую экспериментально-конструкторскую, научно-техническую, научную и творческую работу" среди аспирантов вузов Кубани в 1996 г.
Результаты исследований опубликованы в 9 научных статьях. В ходе работы было подано 8 заявок на предполагаемые изобретения, получено 7 положительных решений Всероссийского научно-исследовательского института государственной патентной экспертизы о выдаче патентов РФ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей методы исследований, результаты работы и их обсуждение, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, состоящего из 207 источников, в т.ч.ЗЗ- иностранных и приложения. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц и 11 рисунков.
Объектом исследования явилось:
- зерно риса сорта Лиман урожая 1995 г., выращенное в рисосовхозе "Полтавский" Краснодарского края, а также производственная смесь сортов риса с преимущественным содержанием сорта Лиман, выращенная там же в 1993-1995 гг.
Лабораторные эксперименты (рис.1) проводили-на кафедрах биохимии и технической микробиологии, технологии переработки зерна и комбикормов, аналитической и неорганической химии , хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства КубГТУ, а также в лабораториях кафедры физики и кафедры технологии переработки зерна МГУПП, Краснодарского НИИ хранения и переработки с/х продукции РАСХН. Производственный эксперимент проводили в 1995-1996 гг. на Полтавском комбинате хлебопродуктов Краснодарского края (рис. 2).
Лабораторные и производственные исследования зерна риса и продуктов его переработки проводили в соответствии и требованиями действующих стандартов ( ГОСТ 10967 - 75; 13586.5-93; 10968-88; 13496.12-75; 13586.1-68). Для консервации риса-зерна использовали пропионовую кислоту (ТУ 6-01-989-90). Обработку зерна консервантом в виде аэрозоля производили на лабораторной и полупромышленной установках, созданных на кафедре биохимии и технической микробиологии.
Рис-зерпо (сорт Лиман и сортосмесь)
Обработка pitca-зерна ПК в дозах 0.01; 0. OS; ft. /; 0.25и0.5%
Необработанный рис-зерно (контроль)
аэрозол.
ПКв
парообр. сост.
ПКв
кап.-жияк.
Охлаждение
X
ПКразбавл.
водой в аэроз. сост.
Воздействие физическими факторами \
эмп свч
Определение
оптим. конц.
Охлаждение
УЗ
ГТО
Сушка до 13-14%
Хранение в стеклянных аэрируемых емкостях при ( = 15-20 С
Исследования
Хранение в стеклянных аэрируемых емкостях npnt = 15-20C
Органолептическис показатели
Влажность
Кислотность по болтушке
Всхожесть и энергия прорастания
Микрофлора (количественный и качественны!"! состав)
Окислительно-восстановительные ферменты
Реологические свойства зерновок
Тсхнлогические свойства риса-зерна
Кулинарные и потребительские свойства рисовой крупы Деіусташія
Рис.1. Схема проведения лабораторных исследований
Хранение во влажном состоянии в ж/б силосе E=150T;t = 12-15OC
Рнс-зерно(сорт Лиман" урожая 1995г. XV-18.3%)
Обработка консервантом, разбавлен
ным (1:1) дистиллированной водой (D
=0.04% к массе зерна)
Сушка до W=12,S%
Хранение в сухом состоянии в ж/б силосе E=150T;t=12~15C
Отбор проб
Лабораторные анализы
Отбор проб
сут.
7 сут.
.14 сут.
мес.
2 мес.
5 мес.
Влажность
Кислотность по болтушке
Всхожесть и энергия прорастания
5 мес.
2 мес.
мес.
14 сут.
7 сут.
сут.
Содержание сорной и зерновой примесей
Трешннова гость
Микрофлора (колич. и качеств, сост.)
Содержание пожелтевших зерен
Коэф-т развари
Козф-т набуха
Потребительские ка чества крупы j-j Технологическая переработка па крупозаводе
' - 1
Общий выход крупы
Выход
целого
ядра
Выход мучки
Кулинарные свойства крупы
Коэф-т водопогл. способное
Рис.2. Схема проведения производственного эксперимента
Реологические свойства консервированного риса - зерна определяли на тензометрическом комплексе кафедры переработки зерна и комбикормов.
Активность окислительно-восстановительных ферментов зерна определяли: каталазы - по Баху и Опарину, пероксидазы - по интенсивности окисления пирогаллола.
Влияние добавления рисовой мучки на качество хлеба исследовали путем проведения пробных лабораторных выпечек безопарным способом по общепринятой методике.
Структурно-механические свойства мякиша хлеба определяли на пенетромере АП-4/2: общую деформацию сжатия мякиша, остаточную деформацию мякиша, или его пластичность, упругость мякиша, его относительную пластичность и относительную упругость.
Шелушение и шлифование риса-зерна производили на лабораторной установке ЛУР-1М, измельчение навесок - на лабораторной электрической мельнице ЭМ-ЗА в течение 3 мин; использовали проход сита № 52.
Обработку образцов риса-зерна СВЧ-лучами осуществляли на кафедре физики МГУПП в СВЧ-печи "Славянка-50Г в импульсно-периодическом режиме в течение 60-120 с (Выходная мощность - 500 Вт, частота колебаний -2375 МГц).
Гидротермическую обработку (ГТО) консервированного риса - зерна (W = 18 и 20 % , Dm 0.05 и 0.10 % к массе зерна) производили влажным водяным паром под давлением 0.1 МПа в течении 10 минут на лабораторной установке кафедры технологии переработки зерна МГУПП.
Кулинарные достоинства рисовой крупы оценивали по коэффициентам водопоглотительной способности, набухания и развариваемости по методу Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур.
Потребительские достоинства крупы - консистенцию, цвет, вкус и запах рисовой каши оценивали органолептическим методом по 10-ти балльной системе.
Для получения достоверных результатов экспериментальные данные были подвергнуты корреляционно-регрессивному и дисперсионному анализу на IBM PC по общепринятой методике. Для выявления связи между исследуемыми параметрами и определения закономерностей процессов использовали статистический метод обработки результатов экспериментальных данных, основанный на определении статистических средних показателей степени варьирования.