Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор 11
1.1 Особенности анатомии зерна 11
1.2 Свойства пшеницы 20
1.3 Подготовка зерна к помолу 21
1.3.1 Новые технологии очистки зерна 22
1.3.2 Способы очистки поверхности зерна перед помолом 23
1.3.3 Шелушение зерна пшеницы как метод подготовки к помолу 24
1.3.4 Шелушение зерна ржи как метод подготовки к помолу 30
1.3.3 Гидротермическая обработка зерна 31
1.4 Эффект Ребиндера 33
1.5 Смесительная ценность зерна 35
1.5.1 Смесительная и компенсационная способность зерна 35
1.6 Маркеры пшеницы и их применение в научных 41
исследованиях и практических целях 41
1.6.1 Генетические маркеры — общая характеристика 41
1.6.2 Биохимические маркеры пшеницы 43
1.6.3 Использование маркеров 48
1.7 Эволюционное развитие процесса подготовки зерна к помолу 50
Глава 2. Экспериментальная часть 57
2.1 Объекты и методы исследования 57
2.1.1 Оценка качества зерна и продуктов его переработки 58
2.1.2 Шелушение зерна 58
2.1.3 Кинетика водопоглощения зерна 59
2.1.4 Помол зерна 59
2.1.5 Дисперсность муки 61
2.1.6 Реологические методы исследования 62
2.1.7 Экстракция глиадина 62
2.1.8 Нативный одномерный электрофорез глиадина 63
2.2 Результаты исследования и их анализ 64
2.2.1 Исследование шелушения зерна 64
2.2.2 Влияние шелушения зерна на его физико-химические показатели 67
2.2.3 Влияние шелушения зерна на кинетику увлажнения зерна 72
2.2.4 Влияние шелушения на выход и белизну муки 73
2.2.5 Сравнительный помол на автоматической мельнице МЛУ-202 с предварительным шелушением 76
2.2.6 Сравнительный помол на лабораторной мельнице «Nagema» с предварительным шелушением 78
2.2.7 Разработка технологии подготовки и размола пшеницы с предварительным шелушением 81
2.2.8 Моделирование процесса размола предлагаемой технологической схемы 84
2.3 Влияние шелушения на хлебопекарные свойства муки 91
2.3.1 Влияние шелушения на газообразующую способность муки 91
2.3.2 Влияние шелушения на реологические свойства муки 93
2.3.3. Определение хлебопекарных достоинств муки 95
2.4 Смесительная ценность исследуемых сортов пшеницы 96
2.4.1 Метод формирования помольной смеси на основе изменения характеристики ЭФС глиадина 104
Глава 3. Экономические преимущества новой технологии помола 110
3.1 Условный расчет экономического эффекта новой технологии для минимельниц 110
3.2 Экономические преимущества новой технологии на мельзаводах с развитой технологической схемой помола 114
3.3 Преимущества формирования помольной смеси на основе анализа ЭФС глиадина 114
Глава 4. Комплексные производственные испытания сортового хлебопекарного помола пшеницы с предварительным шелушением 115
Выводы 119
Список литературы 121
Приложения 140
- Свойства пшеницы
- Результаты исследования и их анализ
- Влияние шелушения на хлебопекарные свойства муки
- Экономические преимущества новой технологии на мельзаводах с развитой технологической схемой помола
Введение к работе
Технология муки насчитывает многолетнюю историю, в связи с постоянной потребностью человечества в хлебе, как в одном из неизменном продукте питания. Современная технология сортового помола пшеницы основана на разработанных во второй половине XIX веке принципах организации процесса. Технологические схемы подготовки и помола расчленяются на ряд взаимосвязанных этапов и представляют собой сложные открытые системы.
Чтобы обеспечить высокую эффективность помола, с зерном проводят сложную подготовительную работу. Зерноочистительное отделение включает в себя следующие процессы:
процесс сепарирования, проводят с целью удаления из зерна различных посторонних примесей;
процесс очистки поверхности зерна, предназначен для удаления загрязнения поверхности зерна;
гидротермическая обработка (ГТО) зерна, предназначена для направленного изменения исходных структурно-механических, физико-химических и технологических свойств зерна;
процесс формирования помольной смеси проводят с целью стабилизации свойств зерна на заданном уровне.
В классическом варианте помола выделены в качестве самостоятельных следующие этапы:
драной процесс, задача которого заключается в интенсивном
извлечении эндосперма зерна в виде крупочных продуктов;
сортировочный процесс, в котором осуществляется четкое
разделение продуктов измельчения на отдельные потоки -
фракции по крупности;
ситовеечный процесс, предназначен для повышения добротности
драных крупочных продуктов;
шлифовочный процесс, для дополнительной обработки крупных фракции крупок;
размольный процесс, в котором интенсивно измельчаются в муку подготовленные крупочные продукты, после, после обработки их в ситовеечных машинах.
Эти принципы организации сортового помола пшеницы остаются неизменными и в настоящее время. Но за прошедшее 100-150 лет существенно повысилась эффективность технологического оборудования в связи с разработкой новых конструкции машин и аппаратов, и много нового внесено в операцию подготовки зерна к измельчению - особая роль здесь принадлежит гидротермической обработки («кондиционирование») зерна.
В результате заметно сокращается протяженность технологического процесса, технологическая схема стала компактнее, возросла эффективность процессов на всех этапах помола. В настоящее время на передовых предприятиях, оснащённых современным оборудованием, достигнут выход муки высшего сорта пшеничной хлебопекарной в размере 75 - 76% от массы партии, при средне содержании в зерне эндосперма в количестве 82,5%.
Однако и здесь имеются дополнительные резервы повышения эффективности технологии. Прежде всего, желательно осуществить предварительное шелушение зерна, удалить его внешние покровы, что должно повысить интенсивность измельчения зерна и существенно упростить технологическую схему помола.
Как уже отмечалось, сортовой помол зерна осуществляется по сложной технологии. Только при условии исполнения всех технологических операций и при подготовке зерна к помолу, и при проведении самого помола можно достигнуть высоких результатов. Однако в России насчитывается тысячи мельниц малой производительности с примитивной технологией переработки зерна, которые вырабатывают до 5 миллионов тонн муки в год. Основной недостаток данных мельниц нестабильное качество и невысокий общий выход муки, при отсутствии должного контроля качества перерабатываемого
зерна, вырабатываемых муки и крупы. Из-за этого ежегодно теряется тысячи тонн зерна, поэтому совершенствование технологии муки для мельниц малой производительности, увеличение выхода и улучшение качества вырабатываемой муки и крупы является своевременной задачей [53].
Эффективная очистка была и остается главной задачей при переработке зерна, особенно остро эта проблема касается мельниц малой производительности. Считается, что общая эффективность производства муки более чем на 50% определяется правильностью организации и ведения технологических операций подготовки зерна. Предприятия, выпускающие малогабаритное технологическое оборудование для переработки зерна не предусматривают разветвленной схемы зерноочистительного блока, в технических условиях эксплуатации, производители оговаривают требования к качеству исходного зерна: оно должно быть базисных кондиций, что далеко не каждый переработчик может организовать у себя на месте.
Мы предлагаем своими предложениями повысить эффективность уже существующих малых предприятий по переработке зерна. Работа по повышению качества и выхода муки высоких сортов должна вестись по нескольким направлениям:
S шелушения зерна на 4-5%, что должно способствовать к
повышению извлечения добротных продуктов 1-го качества на
системах драного процесса и последующему эффективному их
измельчению в размольном процессе, а также увеличению
выхода муки;
S кроме того, требует разрешения проблема рационального
использования зерна различной технологической
характеристики: сильной и ценной пшеницы, ресурсы которой ограничены, с одной стороны, и зерна малоценного - низших классов, с невысоким содержанием клейковины, с другой стороны. К малоценному можно отнести и зерно тритикале, не обладающее хорошими хлебопекарными достоинствами. Отсюда
вытекает задача поиска таких вариантов формирования помольной смеси «сильного» и малоценного зерна, при которых полученная мука будет иметь хорошие хлебопекарные свойства.
Следовательно, задача интенсификации подготовки зерна для мельниц малой производительности и научный поиск по этим двум проблемам представляет собой актуальную задачу. Именно в таком направлении и была сформулирована цель исследования и разработан план её исполнения.
Проблема предварительного шелушения при подготовке его к сортовому помолу издавна интересовала специалистов. Удаление оболочек позволяет получать более чистый продукт. В готовой продукции уменьшается количество частиц оболочек и улучшается её внешний вид. Зольность пшеницы после шелушения уменьшается, технология помола упрощается, сокращается протяженность технологической схемы, снижается расход энергии на измельчение.
Как в отечественной, так и в зарубежной практике, пока нет единого общепризнанного метода определения смесительной ценности. Все существующие способы сводятся к выявлению этого показателя по признаку количества сильной пшеницы, добавляемой в слабую и по тому эффекту, который сильная пшеница оказывает на качество смеси. При этом результирующим фактором во всех случаях считается улучшение хлебопекарного качества слабой или малоценной пшеницы.
Как известно, слабой пшеницей принято считать такую, которая нуждается в улучшении хлебопекарных свойств, удельная работа деформации теста для такой пшеницы меньше 180 Дж. Применение её в чистом виде сопряжено с целым рядом технологических трудностей как в мукомольном, так и в хлебопекарном производстве.
Главная сущность смесительной ценности сильной пшеницы в том и состоит, что при оптимальной добавке к слабой получается максимальный эффект, выраженный в превышении фактического объемного выхода хлеба над расчетными средне-взвешенными значениями.
Однако не любые смеси сильной и слабой пшеницы дают максимальный эффект смесительной ценности с превышением фактического объемного выхода хлеба над расчетным. Поэтому предварительный подбор соответствующих пар сильной и слабой пшеницы, выполненный в лабораторных условиях, должен предшествовать промышленной переработке зерна.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка технологического решения для мельниц малой производительности на основе интенсификация подготовки зерна к помолу.
Для реализации поставленной цели запланировали следующие задачи:
произвести анализ факторов, обуславливающие низкую эффективность помола на мельницах малой производительности;
определить рациональные методы подготовки зерна, к помолу включая процесс очистки поверхности зерна шелушением;
исследовать влияние шелушения зерна на его мукомольные и хлебопекарные свойства;
изучить возможность эффективного использования малоценного зерна при формировании помольной смеси;
выявить особенности формирования клейковинного комплекса при использовании в помольной смеси малоценного зерна;
определить параметры гидротермической обработки (ГТО) зерна для шелушения;
разработать технологическую схему подготовки и размола зерна с предварительным шелушением и провести производственную проверку.
Научная новизна работы. В результате анализа полученных в ходе исследования результатов имеется возможность сформулировать следующие положения теоретического характера:
На основе изучения особенностей анатомического строения зерна выявлены необходимые условия проявления расклинивающего действия
тонких слоев воды при увлажнении зерна, обусловленного особым строением покровных оболочек зерна, неполным формированием слоя трубчатых клеток, при толщине слоя воды несколько мкм.
Условием необходимым для интенсивного измельчения является абразивное шелушение с удалением плодовой и семенной оболочек.
В первом приближении выявлен фактор комплементарности белков клейковины разного качества и установлены условия положительного отхода от аддитивности основных показателей хлебопекарных свойств зерна, включая объёмный выход хлеба, при определённом сочетании в помольной смеси партий сильной и слабой пшеницы. Эффект обусловлен формированием особой структуры клейковины, при котором за счет присутствующих в слабой клейковине низкомолекулярных белков происходит образование новых индивидуальных белков. Это позволило предложить метод подбора компонентов смеси сильной и слабой пшеницы по характеристике электрофоретических спектров глиадина.
Установлена возможность эффективного использования малоценного зерна, в том числе слабой пшеницы на мельницах сортового помола, при формировании помольной смеси с подбором компонентов обеспечивающих комплементарность белков клейковины и положительный отход от аддитивности, с сохранением хороших мукомольных и хлебопекарных свойств зерна. Метод пригоден и для формирования товарных партий пшеницы на заготовительных предприятиях.
Практическая значимость работы. Разработана технология сортового помола пшеницы с предварительным шелушением зерна, при которой в два раза уменьшается потребность в технологическом оборудовании и обеспечивается снижение расхода энергии, по сравнению с классической технологией.
Предложен вариант практического использования малоценного зерна при формировании помольных партий, при сохранении хороших мукомольных свойств зерна и хлебопекарных характеристик муки. При
условии обеспечения положительного отхода от аддитивности основных показателей хлебопекарных свойств зерна доля малоценного зерна в помольной смеси составляет от 20% до 60%, в зависимости от индивидуальных свойств взаимодействующих компонентов.
Установлены параметры гидротермической обработки зерна для эффективного шелушения при подготовке к помолу:
в производственных условиях мельницы шелушение следует проводить после 1 -го отволаживания;
в исследовательской практике - в первые минуты после увлажнения зерна.
Показано, что в результате предварительного шелушения зерна при практически полном удалении слоев плодовой оболочки происходит заметное улучшении мукомольных и хлебопекарных свойств малоценного зерна.
Свойства пшеницы
Пшеница является одной из самых древних и вместе с этим важнейшей зерновой культурой. Её ценность заключается в том, что содержит группу белков способных образовывать клейковину, имеющую значение для выпечки хлеба и хлебобулочных изделий, изготовления макарон, производства манной крупы и других продуктов [5, 6, 20, 25, 27, 29, 30, 38, 87, 88, 90, 95, 97, 104, 111, 112, 119]. В связи с этим именно количество и качество клейковины являются важнейшими показателями, по которым оценивается товарный класс зерна пшеницы. Кроме того, в основу классификации зерна положены такие признаки и показатели как: ботанический вид (твёрдая или мягкая), биологическая форма (озимая или яровая), стекловидность, цвет зерновки, состояние, запах, натура/содержание трудноотделимой, сорной и зерновой примесей, количество проросших зёрен пшеницы и зёрен других культур и другие. Все они оказывают существенное и непосредственное влияние, как на качество готовой продукции, так и на эффективность ведения технологических процессов. Так, хлебопекарные достоинства пшеничной муки определяются не только количеством и качеством клейковины, которое влияет на газоудерживающую способность муки и характеризует состояние белково-протеиназного комплекса, зависящие от особенностей сорта растения, условий его произрастания и режимов технологического воздействия на зерновое сырьё, но и от состояния углеводно-амилазного комплекса перерабатываемого зерна. Кроме того, на хлебопекарные свойства муки оказывает заметное влияние степень механического повреждения крахмальных гранул при помоле, которая определяется как свойствами исходного сырья, так и режимами его подготовки и переработки [29, 85, 89, 90, 100].
Большинство же других показателей характеризуют не хлебопекарные, а технологические свойства зерна пшеницы, то есть его способность, при установленных режимах переработки, давать продукцию требуемого качества, а также определяют стабильность работы основного оборудования и ведения технологического процесса [107, 117, 130, 132].
На предприятиях по переработке зерна в муку этапы по очистке зерна пшеницы включают очистку от лёгких, крупных и мелких примесей, примесей отличающихся от зерна по длине, минеральной и металломагнитной примеси.
Предельно допустимое остаточное содержание сорной примеси пред первой драной системой должно составлять не более 0,4%, в том числе вредной примеси - не более 0,05%, куколя - не более 0,1%; фузариозных зёрен — не более 0,3%; содержание минеральной примеси не допускается.
Применение подобной, многоэтапной технологии очистки зерна, позволяет снизить содержание в нём не только различных примесей, но и удалить с его поверхности значительную часть микрофлоры. Так, по данным Л.А. Трисвятского [182], очистка зерна улучшает его микробиологическое состояние, снижая на 40% общее количество микроорганизмов на поверхности зерна, [1,8, 56].
Для получения муки стандартного качества зерно перед помолом подвергают очистке. Очистку зерна от сорной примеси производят в сепараторах, триерах, аспираторах; извлечение минеральной примеси в камнеотборниках, однако не секрет, что безупречное качество продукции и высокая производительность невозможны без современных технологий и передового оборудования, таковым является фотосепарация (color sorting). Фотосепарация это качественно новый шаг в переработке зерна. Построен на выборке фракции нужных цветов (анализе зерен по цвету) и обеспечивает высокоэффективное определение точечных или цветовых отклонений от нормы [206, 207].
Принцип фотоэлектронного сепарирования был разработан англичанами еще в середине прошлого века. Позднее к этому направлению присоединились Япония, Италия, Бразилия, Германия, Китай и другие страны. На данный момент эта технология пользуется большой популярностью, как в Европе, так и в Японии и Америке. По некоторым данным, предприятия более 50 стран используют фотосепараторы [207]. Фотосепаратор представляет собой уникальное высокопроизводительное оборудование, предназначенное для извлечения из разнообразных продуктов любых примесей, отличающихся по цвету. Исключительные возможности сортировки делают фотосепараторы идеальными для первичной или повторной сортировки. Фотосепараторы позволяют распозновать мельчайшие дефекты не отличаются от основного зерна иными признаками, кроме цвета, с хирургической точностью [206].
Также к преимуществам фотосепарации по сравнению с обычными методами сепарации относят: минимальные потери и повреждения продукта; быстрый переход с одного продукта на другой; низкое потребление электроэнергии и воздуха; простота управления.
Принцип работы фотосепаратора основан на отборе с системой двустороннего обзора зерновки. Исходный продукт подается в распределительные каналы, по ним с ускорением он падает в зону обследования, освещенную флуоресцентными лампами, где проходит между сенсором и фоновым экраном.
Оптоэлектронный сенсор получает отражённый свет от материала отбора и генерирует электрический сигнал для компьютерной системы управления.
Компьютерная система контроля, сравнивая полученный сигнал с уровнем чувствительности, в случае его превышения, дает команду на открытие пневмоклапана (эжектора), частицы, отличающиеся по цвету от основного зерна выдуваются в выходной патрубок для отходов [207].
Очистка поверхности зерна на мукомольных заводах нашей страны в настоящее время осуществляется сухим способом, с применением обоечных машин или влажным способом, при котором для обработки зерна используются моечные машны. Последний способ представляется более эффективным, так как позволяет удалить больше примесей, в том числе и тех, которые находятся в бороздках зерновок. Но он является более затратным, потому что требует принятия мер по утилизации моечных отходов, чья влажность составляет 35-40% и, в частности, установки сушильного оборудования. Но основной недостаток использования моечных машин заключается в том, что до сих пор не найден простой и эффективный способ очистки сточных вод, сильно загрязненных различными минеральными компонентами, в том числе и микробиологического содержания. Поэтому этот метод применяется лишь в очень редких случаях, а повсеместно используется мокрое шелушение, при котором расход воды сокращается примерно в 10 раз.
При сухом способе очистки поверхности зерна применяют обоечные и щеточные машины с более «мягким» воздействием на зерно. Однако многочисленными исследованиями и опытом работы мельниц доказано, что удаление верхнего слоя плодовой оболочки на обоечных машинах сопровождается разрушением большого количества зерен и повреждением эндосперма, а зольность зерна при этом снижается незначительно. Это приводит к потерям ценного продовольственного зерна и вызывает необходимость изыскания более эффективных способов и средств для обработки его поверхности.
Одним из методов совершенствования процесса очистки зерна при подготовке к помолу является шелушение зерна.
Результаты исследования и их анализ
Эффективность шелушения зерна пшеницы оценивали по степени шелушения и выходу дроблёного зерна (Таблица 2.2).
Образцы увлажняли на 1, 2, 3, 4, 5% и отволаживали в течение 5, 10, 15, 20, 25, 30 минут, после чего снимали 3% оболочек.В результате была выявлена зависимость продолжительности шелушения от степени увлажнения (рис. 2.3). Чем больше степень увлажнения исходного зерна, тем больше времени и энергии затрачивается на шелушение.
Наиболее хорошие результаты получены при увлажнении зерна на 3%, увлажнение 1-2% недостаточно для проявления эффекта расклинивающего действия тонких слоев воды в области трубчатого слоя плодовой оболочки,
При контакте с водой зерно вначале поглощает её плодовыми оболочками, в области слоя трубчатых клеток образуется прослойка воды толщиной в несколько мкм. Такие тонкие слои проявляют расклинивающие действие, поэтому при возникновении этого явления связь между плодовой и семенной оболочкой резко снижается и плодовая оболочка легко может быть удалена. Однако, такое положение сохраняется не более 15 минут. В дальнейшем вода быстро переходит в семенную оболочку, алейроновый слой и зародыш, поэтому расклинивающий эффект исчезает и связь между плодовой и семенной оболочками восстанавливается. Это теоретическое утверждение подтверждается экспериментом, в котором зерно подвергалось единичному воздействию абразивной поверхности (рис. 2.4). Значит, шелушение нужно проводить впервые минуты отволаживания, однако если проводить шелушение впервые минуты отволаживания, придется снимать оболочки послойно с многократным увлажнением и шелушением, что приведет к усложнению технологической схемы и невозможно реализовать в условиях мельниц малой производительности.
Исследование влияния шелушения зерна на его физико-химические показатели проводили при отделении оболочек в количестве от 1 до 5%, результаты представлены в таблице 2.3.
Регрессионный анализ, проведённый в программе «Microsoft Office Excel», позволил установить линейную корреляционную зависимость показателя натуры от степени шелушения, которая характеризуется следующим уравнением:у - натура, г/л; х- степень шелушения, % Множественный R (коэффициент корреляции Пирсона) - 0,9929 R-квадрат - 0,9859
Наряду с очисткой поверхности зерна, важнейшим этапом в современной технологии мукомольного производства является гидротермическая обработка (ГТО).
Именно, посредством режимов ГТО можно изменять исходные технологические свойства зерна в заданном размере, с целью получения из него повышенного количества высококачественной муки.
С этой целью изучили особенности увлажнения зерна. Приведенные на (Рис. 2.9) кривые увлажнения показывают, что шелушеное зерно интенсивнее поглощает влагу. Это заметно с первых же минут увлажнения и с увеличением длительности увлажнения разница в интенсивности поглощения влаги продолжает только увеличиваться. Кривые приращения влажности при 4 и 5% шелушении практически совпадают, что свидетельствует о не целесообразности дальнейшего шелушение, это подтверждается и визуальным осмотром состояния поверхности зерна разной степени шелушения. При шелушении на 4-5% происходит практически полное удаление зародыша частичное оголение эндосперма зерна.
Перед помолом зерно пшеницы очищали от сорной и зерновой примеси, увлажняли до 15-16%), отволаживали в течение 24 часов и шелушили.Выход муки рассчитывали по отношению к сумме масс муки и отрубей. В таблице 2.4 представлены выход и белизна муки при помолах с разной степенью шелушения.
Что касается выхода муки, из таблицы 2.4 и рис. 2.10 видна прямая пропорциональность её увеличения по мере возрастания количества снятых оболочек с зерна, направляемого на помол. и белизны от степени шелушения, которые характеризуется следующими уравнениями:где:у - выход муки, %; х- степень шелушения, % Множественный R (коэффициент корреляции Пирсона) - 0,9969 R-квадрат-0,9938у - белизна, ед; Х- степень шелушения, % Множественный R (коэффициент корреляции Пирсона) - 0,9723 R-квадрат - 0,9453
Однако было установлено, что показатель белизны муки при помоле зерна шелушеного менее чем на 4% понижается. По нашему мнению это связано с тем, при шелушении более 3%, практический полностью удаляется плодовая оболочка, что положительно сказывается на белизне муки. При шелушении же менее 4% оставшиеся оболочки только теряют прочность и целостность, попадая в размольные системы, интенсивно измельчаются, в результате чего ухудшается белизна и зольность муки, поэтому мы принимаем в качестве оптимальной степень шелушения 4-5% для зерна пшеницы.
Влияние шелушения на хлебопекарные свойства муки
Хлебопекарные достоинства муки являются основным показателем, дающим возможность судить о ее качестве.Хлебопекарные свойства пшеничной муки в основном определяются её газообразующей способностью, способностью образовать тесто с определенными реологическими свойствами («силой» муки), цветом и способностью к потемнению в процессе приготовления хлеба.
Газообразующая способность пшеничной муки является важным показателем, от которого зависит ход технологического процесса, интенсивность брожения, накопление продуктов брожения и образование веществ, обусловливающих вкус и запах хлеба.Газообразующая способность муки характеризуется количеством углекислого газа, которое выделяется тестом, замешенным из 100 г муки влажностью 14%, 60 мл воды и 10 г прессованных дрожжей, в течение 5 ч.
Газообразующая способность теста из муки шелушеного зерна существенно выше, чем из нешелушеного зерна, так за 5 часов брожения теста выделились 1723 и 1584 мл газа, соответственно (Рис. 2.19), это связано с тем, что при шелушении мука получается более тонко размолотой, в тонко размолотой муке ферментативные процессы расщепления крахмала и белков протекают легче, поэтому ее газообразующая способность выше.
Тесто является оводненным коллоидным комплексом полидисперсоидом, обладающим определенной внутренней структурой и весьма своеобразными, непрерывно изменяющимися реологическими свойствами.В зависимости от вида деформации, ее скорости и длительности тесто может вести себя как идеально упругое тело, либо вязкое, или сочетающее эти свойства, то есть относящиеся к упруго-вязким материалам.
В тесте сочетаются такие реологические свойства, как упругость, пластичность, прочность, вязкость, способность к релаксации напряжений и упругому последействию. Реологические свойства теста зависят в первую очередь от силы муки, а также различных технологических факторов: температуры, влажности, продолжительности и интенсивности механического воздействия при замесе, рецептуры, способа приготовления и длительности брожения теста и др.
На рис. 2.20 представлены альвеограммы муки из нешелушеного и шелушеного зерна. Как видно из альвеограмм, по показателю (Р) отражающему упругость и устойчивость к деформации и показателю (W) отражающму хлебопекарную способность муки, шелушеный образец показал лучшие результаты.
На рис. 2.21а представлена фаринограммы муки из «слабой» пшеницы, как видно из рис 2.216 шелушение пшеницы положительно влияет на характер фаринограммы, она становится похожей на фаринограмму пшеницы средней по «силе». К показателям пробной выпечки хлеба относят: объемный выход формового хлеба, расплываемость подового хлеба, качество мякиша хлеба по пористости, и др. Эти показатели комплексно и наиболее полно оценивают хлебопекарные свойства зерна и являются решающими при технологической оценке его качества
Пробную выпечку хлеба из сортовой пшеничной муки проводили по ГОСТ 27669-88. Как в отечественной, так и в зарубежной практике, пока нет единого общепризнанного метода определения смесительной ценности. Все существующие способы сводятся к выявлению этого показателя по признаку количества сильной пшеницы, добавляемой в слабую и по тому эффекту, который сильная пшеница оказывает на качество смеси. При этом, результирующим фактором во всех случаях считается улучшение хлебопекарного качества слабой или малоценной пшеницы.
Образцы пшеницы перед использованием предварительно были подвергнуты исследованию с целью выявления их физико-химических свойств. В эксперименте использованы два образца сильной (В 1 и В2) и два
Результаты пробных выпечек из смесей муки испытываемых образцов пшеницы позволили установить наличие закономерности, выраженной в отходе от аддитивности величины получаемого фактического объемного выхода хлеба.
Эта закономерность наглядно видна из рис. 2.23. и рис. 2.24. По оси абсцисс показано процентное содержание муки из слабой пшеницы в сильной, а по оси ординат - величина объемного выхода хлеба.
Смеси при 20, 40, и 60% добавок слабой в сильную, (В2 + С1 и В2 + С2) как видно, дали превышение фактического объемного выхода хлеба над расчетными величинами.
Как можно видеть из приведенной графической зависимости, величина отхода от аддитивности, выраженная превышением фактического объемного выхода хлеба над расчетными значениями, варьирует в довольно широких пределах, в зависимости от особенностей каждого сорта, обусловленных различием качественной характеристики их клейковинных комплексов.
При этом неизменным остается то, что отход от аддитивности при данном сочетании сортов начинается с первого момента добавок сильного компонента.
Для выявления того, как изменяются физические свойства теста полученного из смесей указанных сортов, было проведено испытание его физических свойств на альвеографе и фаринографе.
На рисунках 2.25 и 2.26 приведена серия характерных альвеограмм и фаринограмм, полученных при испытании смеси муки из пшеницы В2 + С2.
По характеру изменяющихся физических свойств смеси видно, что удельная работа деформации теста и величина разжижения теста изменяются не давая превышения, характерного для объемного выхода хлеба, а наоборот, оставаясь ниже расчетных величин. Сказанное наглядно подтверждается приведенными на рис. 2.27 и 2.28 графическими зависимостями.
Белковый комплекс сильной пшеницы обладает более высокой упругостью и лучшей эластичностью, по сравнению со слабой. Выступая активным компонентом в смеси со слабой пшеницей, он дополняет отсутствующие в клейковине слабой пшеницы качества.
Эти дополнения имеют свой оптимум, при котором получаются лучшие физико-химические сочетания, обеспечивающие получение хлеба с объёмным выходом большим, чем рассчитанный теоретический, по закону аддитивности смеси.
Регрессионный анализ, проведённый в программе «Microsoft Office Excel» показал, что зависимость удельной работы деформации от содержания слабой пшеницы, характеризуется следующим уравнением:где:у - удельная работа деформации, Дж; х- содержание слабой пшеницы, % Множественный R (коэффициент корреляции Пирсона) - 0,99 R-квадрат - 0,98
Зависимость разжижения от содержания слабой пшеницы, характеризуется следующим уравнением:где:у - разжижение, Еф; х- содержание слабой пшеницы, % Множественный R (коэффициент корреляции Пирсона) - 0,96 R-квадрат - 0,98
Главная сущность смесительной ценности сильной пшеницы в том и состоит, что при оптимальной добавке к слабой получается максимальный эффект, выраженный в превышении фактического объемного выхода над расчетными средневзвешенными значениями.
Этот эффект, как показали опыты, зависит также от подбора соответствующих сочетаний сильного и слабого компонентов. Не любые смеси сильной и слабой пшеницы дают максимальный эффект смесительной ценности с наличием превышения фактического объемного выхода хлеба над расчетным. Поэтому предварительный подбор соответствующих пар сильной и слабой пшеницы, выполненный в лабораторных условиях, должен предшествовать промышленной переработке зерна.
Выше показано, как изменяются свойства зерна и муки при смешивании разнородных по качеству партий. Несомненно, эти изменения обусловлены преобразованием клеиковинного комплекса, свойства которого определяют «силу» пшеницы.
Экономические преимущества новой технологии на мельзаводах с развитой технологической схемой помола
Предлагаемый метод формирования помольной смеси с заведомо обеспеченным положительным отходом от аддитивности основных показателей хлебопекарных характеристик муки на основе анализа электрофоретических спектров глиадина (ЭФС) является не только наглядным, но и простым в исполнении, так как не требует проведения каких либо дополнительных анализов качества зерна и готовой продукции, что дает возможность "спасти" малоценное зерно, при переработке которого нельзя получить муку надлежащего качества, а также экономно расходовать зерно сильной пшеницы.
Производственные испытания сортового хлебопекарного помола зерна пшеницы с предварительным шелушением были проведены на минимельнице МВС-2 «ОАО Дюртюлинский элеватор» республики Башкортостан, производительностью 2000 кг/сут.
Контрольный помол (без предварительного шелушения) зерна проводили согласно с рекомендациями «Правила организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах». При опытном помоле (с предварительным шелушением) в процессе подготовки зерна к помолу снимали 4-5% оболочек.
Сравнительные помолы проводились при переработке зерна одинакового качества: помольная партия включала два сорта яровой пшеницы I типа IV подтипа III класса. При этом помольная партия имела следующие основные показатели качества: влажность — 13,0%, стекловидность 60%, зольность — 1,69%, количество сырой клейковины -28%, качество клейковины - 65 у.е. ИДК, содержание сорной примеси -0,9%, зерновой примеси 4%.
В контрольном помоле зерно (Рис. 4.1), подаваемое пневмотранспортом из приемного бункера через магнитный аппарат, проходит последовательно через пневмосепаратор, решетный сепаратор, камнеотборник, триер-куколеотборник, обоечную машину, где очищается соответственно от легких, крупных, мелких и минеральных примесей, прилипшей грязи. Очищенное зерно поступает в машину интенсивного увлажнения, затем перемешивается в винтовом транспортере и направляется в отлёжные бункера для отволаживания в течение 10-12 часов. После отволаживания зерно подается винтовым транспортером через магнитный аппарат во вторую обоечную машину и затем на пневмосепаратор, где окончательно очищается от легких примесей и поступает на I драную систему вальцового станка размольного отделения. В размольном отделении мельницы установлены шесть вальцовых станков, зерно и промежуточные продукты перерабатываются на трех драных и трех размольных системах. Сортирование продуктов размола осуществляется на высокопроизводительном шестиприемном рассеве, в каждой секции которого установлены также сита для контроля муки, что обеспечивает её высокое качество; готовая продукция через магнитные аппараты поступает в бункера для муки и отрубей.
В опытном помоле очищенное зерно увлажняли на 3% и отволаживали в течение 24 часов, после чего вместо второй обоечной машины направляли в шелушильные машины, где снимали 4-5% оболочек, продукты шелушения направляли на пневмосепаратор, где отделяли от зерновой массы оболочки. Результаты сравнительных помолов оценивали на основании количественно-качественного баланса муки по системам и по суммарному выходу и зольности готовой продукции. Кроме того, регистрировали и записывали время, затраченное на помол партий зерна. В результате сравнительных испытаний установлено следующее: - зольность зерна в результате шелушения снизилась в среднем на 0,1%; - по данным количественно-качественного баланса муки по системам, общий выход муки в опытном помоле составил 67,8%, при контрольном 66,0%; - выход муки высшего сорта в опытном помоле составил 34,5% с зольностью 0,53%, при контрольном 30% с зольностью 0,54%; - выход муки первого сорта в опытном помоле составил 33,3% с зольностью 0,72%, при контрольном 36% с зольностью 0,71%; - на помол 10 тонн зерна при контрольном помоле уходило 5 часов 30 минут, а в опытном 4 часа и 40 минут. Фактическая производительность мельницы увеличилась на 15%, а суммарный расход электроэнергии снизился на 1,25%. Полученные данные согласуются с результатами лабораторных помолов. В результате данных, полученных при производственных испытаниях, следует считать, что помол пшеницы с шелушением имеет более высокую эффективность, чем традиционные методы помола зерна. Акт производственной проверки представлен в приложении 2. 1. Теоретически обоснована и практически разработана оригинальная технологическая схема сортового помола с предварительным шелушением зерна, включающая интенсивную очистку от примесей, одноэтапную ГТО и размол зерна. 2. Шелушение зерна при подготовке к сортовому помолу, следует проводить на шелушильных машинах с абразивной рабочей поверхностью после первого отволаживания, при этом количество снятых оболочек должно составлять 4-5%. 3. Эффект расклинивающего действия тонких слоев воды (эффект Ребиндера), при начальных этапах увлажнения имеет кратковременное действие и может быть использован для послойного снятия оболочек. 4. При удалении 4-5% оболочек заметно улучшаются мукомольные свойства зерна, что приводит к повышению извлечения добротных продуктов 1-го качества на первых системах драного процесса и последующему эффективному их измельчению на размольных системах. При этом выход муки возрастает на 1-2%, расход энергии уменьшается. 5. При удалении 4-5% оболочек улучшаются реологические свойства теста, увеличивается объемный выход хлеба. 6. Получены положительные результаты при использовании пшеницы сослабой клейковиной, что позволяет использовать его приформировании помольной смеси с высоким технологическим иэкономическим эффектом, а также использовать вместо пшеницы сослабой клейковиной зерно тритикале.7. На основе анализа электрофоретических спектров глиадина (ЭФС) ввыявлен фактор комплементарности белков сильной пшеницы ималоценного зерна, проявляющейся в формировании новых белковыхкомпонентов в зонах а, р и у ЭФС. Это позволяет предложить использовать оценки ЭФС глиадина разнородных по качеству партий зерна для эффективного формирования помольной смеси с заведомо обеспеченным положительным отходом от аддитивности основных показателей хлебопекарных характеристик муки. 8. Производственная поверка в условиях мельницы малой производительности показала высокий эффект предварительного шелушения зерна: выход муки возрос на 1,8% при полном сохранении её хлебопекарных достоинств, а фактический расход энергии снизился на 1,25%.
